Donnerstag, 08 Februar 2024 10:20

Synthese von 2D-Materialien

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Elektronenmikroskopische Aufnahmen des Wachstums von hBN bei gleicher Temperatur (800 °C), aber unterschiedlichem Druck des Vorläufergases (Anstieg von links nach rechts). Es ist gut zu erkennen, dass die Inseldichte mit steigendem Druck zunimmt

Physiker der Universität Duisburg Essen UDE haben eine Methode gefunden, zwei verschiedene 2D-Materialien wie z. B. hexagonales Bornitrid (hBN) und Borophen mit einem einzigen Prozessgas zu produzieren. Ein Verfahren dafür ist die chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD). Dabei wird das gasförmige Prozessgas Borazin als Quelle für Bor und Stickstoff über einen Iridium-Einkristall geleitet. Dort zersetzt sich das Gas und bildet bei hohen Temperaturen neue Strukturen auf der Iridium-Oberfläche.

Temperaturabhängig bildet sich entweder hBN (800 °C) oder Borophen (ab etwa 950 °C), eine Gitterstruktur aus einer einzigen Atomlage Bor, analog zu Graphen. Auch der angelegte Druck hat Einfluss auf das Wachstum des Materials: Bei zu geringem Druck bildet sich keine zusammenhängende Schicht auf dem Iridium, bei zu hohem Druck entstehen zu viele einzelne Inselchen, die unregelmäßig zusammenwachsen und die Materialqualität mindern.

Dem Team gelang es, die Druck- und Temperaturparameter zu identifizieren, die zu einer hochwertigen, geschlossenen Schicht führen. Je nach Prozessparametern kann so hBN oder Borophen gebildet werden. Noch gibt es keine effiziente Methode, das Material vom teuren Iridiumkristall zu lösen, aber die Ergebnisse lassen sich auf CVD-Prozesse mit anderen, kostengünstigeren Substraten, die sich beispielsweise wegätzen ließen, übertragen.