비즈니스 기회
육각형 질화붕소로 차세대 전자 장치용 2D 절연체 형성
육각형 질화붕소(hBN)는 원자 1개 두께에 불과한 절연 재료로 산업 규모 생산에 적합합니다. 반도체 소자에 사용되며 다른 2D 재료의 성능을 향상시킵니다.
크레딧: 2024 KAUST.
유용한 절연 재료를 원자 1개 두께에 불과하고 산업 규모 생산에 적합한 매우 고품질의 필름으로 성장시킬 수 있는 방법이 KAUST의 Xixiang Zhang이 이끄는 국제 팀에 의해 개발되었습니다.
이 연구는 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재되었습니다.
육각형 질화붕소(hBN)라고 하는 이 물질은 반도체 소자에 사용되며 그래핀 및 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)와 같은 다른 2차원(2D) 물질의 성능을 향상시킬 수도 있습니다.
연구원들은 2D 재료를 결합하여 양자 컴퓨팅, 전자 통신 및 기타 응용 분야를 위한 작은 전자 부품을 만들 수 있습니다. 대부분의 2D 재료가 전기를 전도하는 반면, hBN은 절연체인 몇 안 되는 것 중 하나이므로 이러한 많은 장치에서 없어서는 안될 구성 요소입니다.
실험실에서 hBN 플레이크는 종종 재료의 벌크 샘플에서 벗겨지는데, 이는 대량 제조에 적합하지 않은 시간 소모적이고 크기 제한 접근 방식입니다. 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)라는 산업 공정에서 암모니아 보란이라는 전구체를 분해하여 hBN을 생성할 수 있습니다.
전구체에서 방출된 붕소 및 질소 원자는 동박 위에 hBN의 삼각형 섬을 형성하고 이러한 섬은 점차 커져 연속적인 벌집 격자로 결합됩니다.
연구팀은 육각형 섬에서 hBN을 성장시켜 이 과정을 개선하여 더 높은 품질의 필름을 생산했습니다. 육각형 섬은 결함이 적어 최종 필름이 더 균일하고 신뢰할 수 있습니다. 이 방법은 성장 과정에서 미량의 산소를 추가하는 데 달려 있습니다.
hBN 섬이 구리에서 성장함에 따라 가장자리는 붕소 또는 질소 원자의 지그재그 형태가 될 수 있습니다. 삼각형 섬에서 세 모서리 모두 질소 원자를 특징으로 합니다. 대조적으로, 새로운 방법으로 형성된 육각형 섬에는 3개의 질소 가장자리와 3개의 붕소 가장자리가 있습니다.
연구진의 이론적 계산에 따르면 질소 가장자리는 일반적으로 붕소 가장자리보다 에너지적으로 더 안정적이며, CVD 중에 삼각형 섬이 형성되는 이유를 설명합니다. 그러나 산소는 질소와 붕소 가장자리에 거의 동일한 안정성을 제공하는 방식으로 섬 및 구리 호일과 상호 작용합니다. 이것은 두 가지 유형의 가장자리가 같은 속도로 성장할 수 있음을 의미하며, 이는 육각형 섬을 생성합니다.
연구진은 원자력 현미경 및 고해상도 투과 전자 현미경과 같은 기술을 사용하여 그들의 방법으로 형성된 섬과 필름을 연구했습니다. 그들은 핀홀이 없고 결함 밀도가 낮고 두께가 균일하며 우수한 절연 특성을 가진 hBN의 단결정 필름을 생성한다는 것을 발견했습니다.
연구팀은 이 방법을 사용하여 hBN의 25 x 70mm 필름을 성장시켰으며 더 넓은 면적으로 스케일업을 위하여 노력하고 있습니다.
연구진은 현재 hBN의 CVD 성장 메커니즘을 더 자세히 연구하여 품질을 더욱 개선하고 생산할 수 있는 필름의 크기를 늘리고 있습니다.
이상의 기사는 2024년 12월 2일 Phys.org에서 게재한 “Hexagons of hexagonal boron nitride join up to form 2D insulator for next-gen electronic devices”제목의 기사내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Hexagons of hexagonal boron nitride join up to form 2D insulator for next-gen electronic devices
* 추가정보 출처 : Single-crystal hBN Monolayers from Aligned Hexagonal Islands | Nature Communications