Wachstum hexagonaler Bornitrid-Kristalle aus Eisen, einem Einkomponenten-Flussmittel

Die Kristalle von hexagonalem Bornitrid (hBN) höchster Qualität werden aus geschmolzenen Lösungen gezüchtet. Für das Wachstum von hBN-Kristallen bei Atmosphärendruck besteht das Lösungsmittel typischerweise aus einer Kombination von zwei Metallen, eines mit hoher Borlöslichkeit und das andere, um die Stickstofflöslichkeit zu fördern. In dieser Studie zeigen wir, dass hochwertige hBN-Kristalle bei Atmosphärendruck unter Verwendung von reinem Eisen als Flussmittel gezüchtet werden können. Die Fähigkeit, Kristalle von exzellenter Qualität unter Verwendung von reinem Eisen als Lösungsmittel zu produzieren, ist unerwartet, angesichts seiner geringen Löslichkeit für Stickstoff. Die Eigenschaften der mit diesem Flussmittel produzierten Kristalle entsprechen den besten bisher berichteten Werten für hBN: ein schmaler Raman E2g-Vibrationspeak (7,6 cm–1) und starke phononunterstützte Peaks in den Photolumineszenzspektren. Um die Qualität weiter zu testen, wurden die hBN-Kristalle als Substrat für WSe2-Epitaxie verwendet. WSe2 wurde mit einer niedrigen Keimdichte abgeschieden, was auf die geringe Defektdichte des hBN hinweist. Schließlich folgt das Trägertunneln durch unsere hBN-Dünnschichten (3,5 nm) dem Fowler–Nordheim-Modell, mit einer Barrierehöhe von 3,7 eV, was die überlegenen elektrischen Isolierungseigenschaften von hBN demonstriert. Diese Fähigkeit, hochwertige hBN-Kristalle in einem so einfachen, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Prozess zu produzieren, wird die Forschung an zweidimensionalen Materialien voranbringen, indem integrierte Geräte ermöglicht werden.