Centimeter-sized epitaxial h-BN films

본 연구에서는 센티미터 크기를 가지는 수 원자층 두께의 질화붕소(hexagonal boron nitride; h-BN) 필름을 상압화학기상증착법을 이용하여 단결정 금속인 Ni(111) 기판 위에 에피택셜 성장한 후, 전기화학적 방법으로 제조된 h-BN필름을 임의의 기판으로 전사하는 한편 Ni(111) 기판을 재 사용하는 방법에 대해 보고한다. 방사광가속기와 투과전자현미경으로 분석한 결과 제조된 h-BN 필름은 ▲Ni(111)과 강한 에피택셜 관계를 가지고 있으며, ▲마이크로 미터 수준에서도 결정구조가 한 방향으로 정렬되어 있음을 확인할 수 있었다. 이와 같은 고품질의 h-BN 필름을 제조하기 위해서는 ▲전구체인 Ammonia-borane의 승화 온도를 조절하는 것이 매우 중요하였으며, 그 외 다양한 방법으로 ▲h-BN 특유의 물성 역시 확인할 수 있었다. 본 연구는 고품질의 절연성 2차원 나노소재를 대면적으로 제조/전사하는 방법을 제시하여 기존의 h-BN 기반 광전소자 연구의 응용성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

We report the growth and transfer of centimeter-sized, epitaxial hexagonal boron nitride (h-BN) few-layer films using Ni(111) single-crystal substrates. The h-BN films were heteroepitaxially grown on 10 × 10 mm2 or 20 × 20 mm2 Ni(111) substrates using atmospheric pressure chemical vapor deposition with a single ammonia-borane precursor. The grown films were transferred to arbitrary substrates via an electrochemical delamination technique, and the remaining Ni(111) substrates were repeatedly re-used. A careful analysis of the growth parameters revealed that the crystallinity and area coverage of the h-BN films were mostly sensitive to the sublimation temperature of the ammonia-borane source. Moreover, various physical characterizations confirmed that the grown films exhibited the typical characteristics of hexagonal boron nitride layers over the entire area. Furthermore, the heteroepitaxial relationship between h-BN and Ni(111) and the overall crystallinity of the film were thoroughly investigated using a synchrotron radiation X-ray diffraction analysis including θ–2θ scans, grazing incident diffraction, and reciprocal space mapping. The crystallinity at the microscopic scale was further investigated using transmission electron microscopy (TEM)-based techniques, including selective area electron diffraction pattern mapping, electron back-scattered diffraction, and high-resolution TEM.


Journal: NPG Asia Materials (2015 Impact Factor = 8.772)
Published online: 25 November 2016
doi:10.1038/am.2016.178

Authors: Hongseok Oh (서울대 물리천문학부), Janghyun Jo (서울대 재료공학부), Youngbin Tchoe (서울대 물리천문학부), Hosang Yoon (서울대 물리천문학부), Hyun Hwi Lee (포항가속기연구소), Sung-Soo Kim (서울대 화학부), Miyoung Kim (서울대 재료공학부), Byeong-Hyeok Sohn (서울대 화학부) and Gyu-Chul Yi* (서울대 물리천문학부)

* Corresponding author

http://www.nature.com/doifinder/10.1038/am.2016.178