品自然干燥后，放入干燥箱用150°C，烘烤lh。用丙酮浸泡lOmin，除去PMMA，换3次丙酮溶液后，进行长时间浸泡，一天换一次溶液，2D-3D。换溶液时用针筒吸取丙酮溶液，勿让样品暴露于空气中。用无水乙醇冲洗一下，再取出。
[0027]实施例二:生长大面积连续的氮化硼
[0028]I)同实施例一中将前驱物，用石英舟装Img Borazane粉末放在细长的小石英管内，放入三温区CVD装置中，如图1所示。调整位置，使得Borazane粉末在第一温区的中间位置，将细长的小石英管接入通气口，取7cmX7cm的铜箔清洗，再将清洗好的Cu箔弯曲放入CVD装置中的第三温区，且保证在第三温区的中间位置，沿着气流的方向依次是Borazane粉末、Cu箔。其余步骤与实施例一相同，增长生长时间至40min。
[0029]2)转移步骤同上，由于转移样品面积的大大增加，原有的工具已经不能用来稳定转移，当Cu箔完全熔化掉后，用大面积平铲转移工具，将样品转移至去离子水中，然后进行2英寸蓝宝石片打捞，将蓝宝石片固定在大面积多孔转移工具上，再去去离子水中打捞样品，接下来的步骤同上面的转移过程，这样就将生长的直径为2英寸的大面积连续六方氮化硼薄膜稳定转移到直径为2英寸的蓝宝石衬底上。
[0030]将上述转移到硅片上的样品做拉曼光谱测试，结果发现在1371.6CHT1处有较强的六方氮化硼的峰位出现。另外再将样品去测XPS谱，发现Bls峰在190.0Sev处，Nls峰在397.Sev处，再一次证明了高质量的六方氮化硼的已经被生长。将上述生长的一系列样品通过SEM表征，表征结果如图2?7所示，说明已经成功生长出大面积连续的六方氮化硼薄膜，六方氮化硼薄膜的直径为2英寸，并且成功转移到了直径为2英寸的衬底上。
[0031]本发明提供一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法(所述大尺寸是指多2英寸)。它主要利用低压化学气相沉积方法(LPCVD)，在铜箔衬底上生长大尺寸的h-BN纳米薄膜，并且稳定的转移到大尺寸蓝宝石衬底上，使得更容易测量样品的各种特性，以获得新型光电子器件和其他大面积的应用。首先通调节各参数，最终能够在Cu表面可控的生长出h-BN ;然后，利用真空气流的扩散原理和铜箔衬底的半卷筒方法，实现用较少的反应原料获得超大面积的原子层h-BN薄膜。并设计整套不锈钢平铲工具，利用PMMA转移法，平整地将晶片级大尺寸h-BN膜转覆于2英寸或更大面积的蓝宝石衬底，完成范德华力键合。通过该技术，能得到高产量、高质量、超大面积的h-BN原子薄膜，运用到光电子器件的工业化晶片生产，获得优良性能的新型器件。
[0032]在Cu箔上可控生长六方氮化硼，需要能够稳定的控制六方氮化硼的层数、单晶大小及覆盖面积。分别通过改变前驱物温度、生长温度及生长时间来控制，同时在生长完成后通过磁力杆是样品达到快速降温的目的，从而提高六方氮化硼的生长质量。
[0033]本发明通过调节因素提高生长面积，使得能稳定覆盖大面积衬底，通过改变实验条件，进行一系列的实验。另外，利用机械泵和分子泵将真空抽至9X10_3以下，利用磁力杆在生长完成时将样品拉出样品，快速降温，待系统冷却至室温时开腔取出样品，运用这种方法可以使生长六方氮化硼保持表面平整，得到高质量的样品。发现通过增加反应时间可以有效的提高六方氮化硼的覆盖面积，直至完全覆盖Cu箔衬底，CVD设备反应腔的内径为2英寸，通过对铜箔进行弯曲，最大可以生长4英寸大小的样品，有效提高了一次实验的产量。
[0034]将六方氮化硼成功转移至蓝宝石衬底上后，方便做一系列的表征，并能够更有效运用到电子器件工业化生产中。当大面积的六方氮化硼生长在Cu箔后，运用溶液转移法，将六方氮化硼转移至2英寸蓝宝石衬底上，利用大尺寸平铲工具，实现稳定平整地原子薄膜转移；pmma起到中间过渡作用，过硫酸钱用来溶解Cu箔，丙酮用来去除pmma。采用这种转移方法法，六方氮化硼薄膜可以被很好地转移到各种晶片基底上，比如Si片、石英玻璃、金属、塑料柔性薄膜等。
【主权项】
1.一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)在Cu箔上可控生长六方氮化硼薄层，具体方法如下:用三温区LPCVD系统，用Borazane粉末作为反应源，首先，将Cu箔放入石英舟，推入CVD反应腔加热温区，将Borazane粉末放在内置的石英管中，将腔内抽真空，然后运用管式炉对石英反应腔加热；当三区反应腔温度达到设定值800?1000°C时，先通AH2，进行表面去氧化物处理，继续升高三区的生长温度，且同时对一区前驱物进行加热，并同时达到设定值一区温度60?80°C和三区温度1000?1050°C时，从石英管中通入4和Ar输送产生的Borazane气体进入反应腔进行反应，待反应结束后将样品拉出加热区，同时通入4和Ar用作保护气体，最后待降到室温时取出样品；经过对其表面进行光学显微镜和SEM测试，可以观察到生长在Cu箔上的六方氮化硼薄层； 2)携带Borazane的气体离开石英管后，将Cu箔衬底弯曲成以石英管为中心轴的半圆柱状并折置入石英舟，推入CVD反应腔加热温区，将腔内抽真空，然后用管式炉对石英反应腔加热，当温度达到设定值时，先通入H2，进行表面去氧化物处理，之后继续升高三区的生长温度，且同时对一区前驱物进行加热，同时达到设定值一区温度60?80°C和三区温度1000?1050°C时，从石英管中通入112和Ar输送产生的Borazane气体进入反应腔进行反应，直至Cu箔被完全覆盖，反应结束后取出Cu箔，对Cu箔表面进行光学显微镜和SEM测试，可以观察到生长在Cu箔上的大面积六方氮化硼薄层； 3)在生长有六方氮化硼薄层的Cu箔上旋涂p_a层，然后利用过硫酸铵溶解掉Cu衬底，再利用转移工具将pmma/六方氮化硼薄膜转移到衬底上，最后放入丙酮溶液浸泡，去除样品表面的p_a层，即完成在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼。
2.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤I)和2)中，所述将腔内抽真空，是利用机械泵和分子泵将腔内气压抽至10_3torr。
3.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤I)和2)中，所述表面去氧化物处理的时间为10?30min。
4.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤I)中，所述从石英管中通入&和Ar的量分别为4?8sccm和10?20sccm。
5.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤I)中，所述同时通入HjPl Ar的量分别为8?15sccm和10?20sccm。
6.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤2)中，从石英管中通入!12和Ar的量分别为4?8sccm和10?20sccm。
7.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤2)中，所述大面积六方氮化硼薄层的直径为2?4英寸。
8.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤3)中，所述转移工具为平铲。
9.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤3)中，所述衬底的直径为2?4英寸。
10.如权利要求1所述一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，其特征在于在步骤3)中，所述衬底采用蓝宝石衬底、Si片、石英玻璃、金属、塑料柔性薄膜，优选蓝宝石衬底。
【专利摘要】一种在基底上制备晶片级大尺寸六方氮化硼的方法，涉及六方氮化硼。在Cu箔上可控生长六方氮化硼薄层；携带Borazane的气体离开石英管后，将Cu箔衬底弯曲成半圆柱状并折置入石英舟，推入加热温区，抽真空，加热，当温度达到设定值时通入H2，进行表面去氧化物处理，继续升高三区的生长温度，对一区前驱物加热，同时达到设定值一区温度和三区温度时，从石英管中通入H2和Ar输送产生的Borazane气体进入反应腔进行反应，直至Cu箔被完全覆盖,反应结束后取出Cu箔，即在Cu箔上生长大面积六方氮化硼薄层，再旋涂pmma层，溶解掉Cu衬底,将pmma/六方氮化硼薄膜转移到衬底上，再去除样品表面的pmma层，即完成。
【IPC分类】C23C16-44, C23C16-34
【公开号】CN104532209
【申请号】CN201510039073
【发明人】蔡端俊, 伍臣平, 马吉, 徐红梅, 康俊勇
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月27日