石墨烯|深紫外 LED 的石墨烯-hBN 突破密歇根大学|重器

密歇根研究揭示了生产高质量、晶圆级、单层六方氮化硼的方法
密歇根大学的一个研究小组开发了第一个可以在石墨烯上生长单层六方氮化硼 (BN) 的可靠、可扩展的方法，这一发现可以加速对下一代电子产品和 LED 设备的研究。
该工艺可以通过 MBE 工艺生产大片高质量的 hBN ，在 Advanced Materials 上发表的论文“具有巨大带隙重整化的石墨烯上单层六方氮化硼的可扩展合成”中有详细介绍。
密歇根大学电气工程和计算机科学教授、该研究的通讯作者 Zetian Mi 说，石墨烯-hBN 结构可以为产生深紫外光的 LED 供电，这在当今的 LED 中是不可能的。深紫外 LED 可以在包括激光器和空气净化器在内的各种设备中实现更小的尺寸和更高的效率。
“今天用于产生深紫外光的技术是汞氙灯，它很热、体积大、效率低且含有有毒物质， ”Mi 说。“如果我们可以用 LED 产生这种光，我们可以看到紫外线设备的效率革命，类似于我们在 LED 灯泡取代白炽灯时看到的那样。 ”
将 hBN 和石墨烯粘合在一起形成光滑的单原子厚层，释放出奇异特性的宝库。除了深紫外 LED ，石墨烯-hBN 结构还可以实现量子计算设备、更小、更高效的电子产品和光电子产品以及各种其他应用。
“研究人员多年来一直了解 hBN 的特性，但在过去，获得研究所需薄片的唯一方法是将它们从较大的 BN 晶体中物理剥离，这是劳动密集型的，而且只能产生微小的薄片材料， ”米说。“我们的工艺可以生长出基本上任何尺寸的原子级薄片，这开启了许多令人兴奋的新研究可能性。 ”
虽然研究人员过去曾尝试使用溅射和 CVD 等方法合成 hBN 薄层，但他们难以获得与石墨烯层正确结合所需的均匀、精确有序的原子层。
【石墨烯|深紫外 LED 的石墨烯-hBN 突破】电气工程和计算机科学博士后研究员 Ping Wang 说：“要获得有用的产品，您需要一致、有序的 hBN 原子行与下面的石墨烯对齐，而以前的努力无法实现这一点。 ” “一些 hBN 整齐地下降，但许多区域是无序且随机排列的。 ”
该团队由电气工程和计算机科学、材料科学与工程以及物理学研究人员组成，他们发现整齐排列的 hBN 原子在高温下比不受欢迎的锯齿状结构更稳定。有了这些知识，王开始尝试 MBE 。
Wang 使用了一个梯形石墨烯基板——本质上是一个原子级的阶梯——并将其加热到 1600 摄氏度左右，然后喷洒在单个硼和活性氮原子上。结果远远超出了团队的预期，在石墨烯的梯形边缘形成了整齐有序的 hBN 接缝，它扩展成宽阔的材料带。
“多年来，用大量原始 hBN 进行实验是一个遥不可及的梦想，但这一发现改变了这一点， ”Mi 说。“这是朝着二维量子结构商业化迈出的一大步。 ”
如果没有来自各个学科的合作，这个结果是不可能的。支撑部分工作的数学理论涉及来自密歇根大学和耶鲁大学的电气工程、计算机科学和材料科学与工程研究人员。
Mi 的实验室开发了这一工艺，合成了材料并表征了它与光的相互作用。然后，密歇根大学的材料科学家和工程师以及俄亥俄州立大学的合作者详细研究了它的结构和电气特性。
密歇根大学材料科学与工程副教授 Emmanouil Kioupakis 和俄勒冈州立大学物理学教授 Jay Gupta 也是该论文的通讯作者。
该研究得到了密歇根工程蓝天计划、陆军研究办公室、国家科学基金会、美国能源部和 W.M. 的支持。凯克基金会。