2D Materials编辑优选：利用粒子刻蚀法制备高取向hBN纳米沟槽
本篇研究来自中科院上海微系统所王浩敏课题组。本文主要介绍了利用过渡金属纳米粒子的催化刻蚀，首次获得到取向可控且具有高长宽比的hBN纳米沟槽；通过改变刻蚀金属的种类和氢气分压，可以实现对hBN沟槽的取向调控；hBN沟槽的边界原子级平整，宽度可小于5nm。
文章介绍
Chen Chen, Li He, Chengxin Jiang, Lingxiu Chen, Hui Shan Wang, Xiujun Wang, Ziqiang Kong, Xiaojing Mu, Zhipeng Wei, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Tianru Wu, Daoli Zhang(张道礼) and Haomin Wang（王浩敏）
通讯作者：
- 王浩敏，中国科学院上海微系统与信息技术研究所
- 张道礼，华中科技大学
我们报道了不同纳米金属粒子对hBN取向刻蚀的详细研究。利用过渡金属纳米粒子的催化刻蚀，在hBN表面得到具有单原子层深度和高长宽比，且取向可控的hBN纳米沟槽，并进行了系统表征。研究发现，在低H2分压下，只有Pt和Ir能刻蚀出扶手椅型边界的沟槽，而其他过渡金属则会形成锯齿型边界的纳米沟槽。纳米沟槽的密度和宽度随刻蚀温度和金属盐溶液浓度的增加而增加，沟槽的取向还取决于H2分压。图1a及图1c分别为扶手椅型取向和锯齿型取向的hBN沟槽的AFM侧向力图像。hBN的褶皱通常沿着扶手椅型取向，这为我们快速判断沟槽的取向提供了便利。放大的AFM高度像显示了扶手椅型取向（图1b）和锯齿型取向（图1d）hBN沟槽的宽度均为5 nm左右，且边界平整，沟槽的长宽比可达3000。具有高长宽比和原子级平整边界的纳米沟槽为石墨烯等二维材料的限域生长提供了精确的模板，这为原子级集成电路的制造提供了实验基础。
图1 分别由Pt和Zn纳米粒子刻蚀得到的扶手椅型和锯齿型取向的hBN沟槽
研究背景：
六方氮化硼（hBN）是与石墨烯晶格结构类似的二维绝缘原子晶体，因其诸多优异性能和应用潜力而备受关注。尽管目前可实现高质量单层及多层hBN薄膜的大面积制备，对于hBN纳米结构的研究仍然较为缺乏。hBN的二元原子组成赋予了其更奇特的边缘结构，从而带来了独特的性质。这些性质可通过改变其结构及边界元素终结等方式来调节。通过光刻及离子刻蚀等传统手段可以获得具有自定义图案的hBN纳米结构，但无法精确控制其边界手性。hBN边界的可控制备面临着精确控制其边界手性和结构的困难，从而限制了更深入的实验研究。hBN边界的创新型制备策略有着极高的需求。
作者介绍
王浩敏 研究员
中国科学院上海微系统与信息技术研究所
- 王浩敏，男，研究员，博导，工作于中科院上海微系统所。研究领域围绕石墨烯在微电子应用面临的主要科学问题，探索其微电子学应用的发展方向及技术路线，拓展其在集成电路、计量等领域的应用，在石墨烯纳米带制备及其器件方面形成特色鲜明的系统研究。在Nat. Mater. Nat. Rev. Phys., Nat. Comm., Nano Lett., ACS Nano等刊物上发表论文36余篇，总它引超过5000次。
期刊介绍
- 2021年影响因子：6.861 Citescore:11.6
- 2D Materials（2DM）是一本重要的高质量交叉学科期刊，将基础研究与迅速发展的新材料及应用汇集在一起。期刊从多学科的视角出发，力争涵盖石墨烯研究的各个方面，及其它二维材料的相关研究。文章内容包括：石墨烯和石墨烯衍生材料；硅和锗/锗烷氮化硼；二维拓扑绝缘子；复合氧化物；复合材料；新型二维分层结构。