Tay, Roland Yingjie;Lin, Jinjun;Tsang, Siu Hon;McCulloch, Dougal G.;Teo, Edwin Hang Tong
Applied Microscopy
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제46권4호
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pp.217-226
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2016
Monolayer hexagonal boron nitride (h-BN) is a phenomenal two-dimensional material; most of its physical properties rival those of graphene because of their structural similarities. This intriguing material has thus spurred scientists and researchers to develop novel synthetic methods to attain scalability for enabling its practical utilization. When probing the growth behaviors and structural characteristics of h-BN, the use of appropriate characterization techniques is important. In this review, we detail the use of scanning and transmission electron microscopies to investigate the atomic configurations of monolayer and bilayer h-BN grown via chemical vapor deposition. These advanced microscopy techniques have been demonstrated to provide intimate insights to the atomic structures of h-BN, which can be interpreted directly or indirectly using known growth mechanisms and existing theoretical calculations. This review provides a collective understanding of the structural characteristics and defects of synthetic h-BN films and facilitates a better perspective toward the development of new and improved synthesis techniques.
BN films were grown on silicon (l00) substrate by magnetically enhanced activated reactive evaporation (ME-ARE) with pulsed DC power instead of r.f. for substrate biasing. The deposited films were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and transmission electron microscopy (TEM). FTIR results show that the intensity of absorption band of $sp^2$ bond of BN decreased and that of $sp^3$ bond of c-BN increased with increasing pulsed DC bias voltage applied to substrate. The initially grown layer at the interface was observed by TEM and considered to be of$ sp^2$-bonded BN. The cross-sectional and planar TEM micrographs show that the upper layer on the initial layer was the single phase c-BN. It is concluded that cubic boron nitride films could be synthesized by ME-ARE process with pulsed DC biasing.
Park, Jong-Hyun;Moon, Youngwoong;Park, Sijin;Kim, Hyojin;Hwang, Chanyong
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.344.2-344.2
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2016
Fully and partially grown hexagonal boron nitride (h-BN) on Cu foil, synthesized by chemical vapor deposition method, was studied using Raman and SEM measurements. Fully and partially grown samples were successfully made from borane-ammonia complex to controlling pressure and growth time. The fully grown h-BN and partially grown h-BN exhibits a ~ 1370 cm-1 B-N vibrational mode (E2g). Especially, well-aligned triangular h-BN monolayer was observed on some domain of Cu foil using SEM measurements.
We present a novel etching technique for 2-dimentional (2-D) hexagonal boron nitride (h-BN) by using capacitively coupled plasma (CCP) of oxygen combined with a post-treatment by de-ionized (DI) water. Oxygen CCP etching process for h-BN has been systematically studied. It is found that a passivation layer was generated to obstruct further etching while it can be easily and radically removed by DI water. An essential cleaning effect also has been observed in the etching process, organic residues are successfully removed and the surface roughness has much decreased. Considering h-BN is the most important 2-D dielectric material and its potential application for graphene to silicon-based electronic devices, such an etching method can be widely used to control the 2-D h-BN thickness and improve the surface quality.
Park, June;Seo, Eun Kyung;Boo, DooWan;Hwang, Chanyong
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.591-591
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2013
Fully and partially grown hexagonal boron nitride (h-BN) on Cu foil, synthesized by chemical vapor deposition method, was studied using Raman and SEM measurements. Fully and partially grown samples were successfully made from borane-ammonia complex to controlling pressure and growth time. The fully grown h-BN and partially grown h-BN exhibits a ~1,370 $cm^{-1}$ B-N vibrational mode ($E_{2g}$) Especially, well-aligned triangular h-BN monolayer was observed on some domain of Cu foil using SEM measurements.
In this study we investigated the oxygen effect on the nucleation and its residual stress during unbalanced magnetron sputtering. Up to 0.5% in oxygen flow rate, cubic phase (c-BN) was dominated with extremely small fraction of Hexagonal phase (h-BN) of increasing trend with oxygen concentration, whereas hexagonal phase is dominated beyond 0.75% flow rate. Interestingly, the residual stress in cubic-phase-dominated films was substantially reduced with small amount of oxygen (${\sim}0.5%$) down to a low value comparable to the h-BN case. This may be because oxygen atoms break B-N $sp^3$ bonds and make B-O bonds more favorably, increasing $sp^2$ bonds preference, as revealed by FTIR and NEXAFS. It was confirmed by experimental facts that the threshold bias voltage for nucleation and growth of cubic phase were increased from -55 V to -70 V and from -50 V to -60 V respectively. The reduction of residual stress in O-added c-BN films is seemingly resulting from the microstructure of the films. The oxygen tends to increase slightly the amount of h-BN phase in the grain boundary of c-BN and the soft h-BN phase of 3D network including surrounding nano grains of cubic phase may relax the residual stress of cubic phase.
Much attention has been paid to thermally conductive materials for efficient heat dissipation of electronic devices to maintain their functionality and to support lifetime span. Hexagonal boron nitride (h-BN), which has a high thermal conductivity, is one of the most suitable materials for thermally conductive composites. In this study, we synthesize h-BN nanocrystals by pyrolysis of cost-effective precursors, boric acid, and melamine. Through pyrolysis at $900^{\circ}C$ and subsequent annealing at $1500^{\circ}C$, h-BN nanoparticles with diameters of ~80 nm are synthesized. We demonstrate that the addition of small amounts of Eu-containing salts during the preparation of melamine borate precursors significantly enhanced the crystallinity of h-BN. In particular, addition of Eu assists the growth of h-BN nanoplatelets with diameters up to ~200 nm. Polymer composites containing both spherical $Al_2O_3$ (70 vol%) and Eu-doped h-BN nanoparticles (4 vol%) show an enhanced thermal conductivity (${\lambda}{\sim}1.72W/mK$), which is larger than the thermal conductivity of polymer composites containing spherical $Al_2O_3$ (70 vol%) as the sole fillers (${\lambda}{\sim}1.48W/mK$).
With the development of modern microelectronics technologies, the power density of electronic devices is rapidly increasing, due to the miniaturization or integration of device elements which operate at high frequency, high power conditions. Resulting thermal problems are known to cause power leakage, device failure and deteriorated performance. To relieve heat accumulation at the interface between chips and heat sinks, thermal interface materials (TIMs) must provide efficient heat transport in the through-plane direction. We report on the enhanced thermal conduction of $Al_2O_3-based$ polymer composites, fabricated by the surface wetting and texturing of thermally conductive hexagonal boron nitride(h-BN) nanoplatelets with large anisotropy in morphology and physical properties. The thermally conductive polymer composites were prepared with hybrid fillers of $Al_2O_3$ macro beads and surface modified h-BN nanoplatelets. Hexagonal boron nitride (h-BN) has high thermal conductivity and is one of the most suitable materials for thermally conductive polymer composites, which protect electronic devices by efficient heat dissipation. In this study, we synthesized hexagonal boron nitride nanoparticles by the pyrolysis of cost effective precursors, boric acid and melamine. Through pyrolysis at $900^{\circ}C$ and subsequent annealing at $1500^{\circ}C$, hexagonal boron nitride nanoparticles with diameters of ca. 50nm were synthesized. We demonstrate that the addition of a small amount of calcium fluoride ($CaF_2$) during the preparation of the melamine borate adduct significantly enhanced the crystallinity of the h-BN and assisted the growth of nanoplatelets up to 100nm in diameters. The addition of a small amount of h-BN enhanced the thermal conductivity of the $Al_2O_3-based$ polymer composites, from 1.45W/mK to 2.33 W/mK.
Hexagonal boron nitride (BN) films were prepared. The process involved, spraying BN powder-dispersed $H_3BO_4-BCl_3$-ethyl alcohol solution on quartz plates, and the drying off quartz plates before, and annealing at $1070^{\circ}C$ in a nitrogen atmosphere. The optical energy band gap of the BN films was 5.28 eV. Photoluminescence peaks with energies of 3.44, 3.16, 2.97, and 2.35 eV at 10 K were observed and analyzed. Accordingly, these have resulted from donor-acceptor pair recombinations.
본 연구는 에폭시 내 Cu, h-BN 및 GO 분말을 포함한 이종의 필러를 활용하여 점진적인 열적 특성을 구현하였다. 단일 복합체 내에서 상대적으로 무거운 Cu 및 h-BN 분말은 하부 층에 주로 존재하는 반면, 가벼운 GO 분말은 복합체의 상부층에 분산되었다. 이종 필러를 함유한 GO/h-BN (GO/Cu) 에폭시 복합체의 열전도도는 0.55(0.52) W/m·K에서 2.82(1.37) W/m·K로 점진적으로 증가했다. 반대로 열팽창 계수는 GO/Cu와 GO/h-BN 에폭시 복합체 내에서 51 ppm/℃에서 23 ppm/℃으로, 57 ppm/℃에서 32 ppm/℃으로 각각 감소되었다. 이러한 복합체 내의 열적 특성의 변화는 열전도도, 형태 및 필러의 비중에 따른 분포를 포함하여 필러의 고유한 물성에 의해 발생한다. 서로 다른 물성을 가진 필러 물질을 동일한 매트릭스 내에 도입을 통한 점진적 열적 특성의 구현은 반도체/플라스틱, 금속/플라스틱, 반도체/금속 등의 이종 구조로 이루어진 계면에서 효과적인 열전달을 위한 계면소재로서 유용할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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