Innovation of material science through wafer-scale synthesis of hexagonal boron nitride

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22113
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Ago Hiroki 九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (10356355)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 六方晶窒化ホウ素 / CVD法 / グラフェン / 触媒・化学プロセス / 結晶成長

Outline of Final Research Achievements

Multilayer hexagonal boron nitride (hBN) is one of the key materials in two-dimensional layered materials, because hBN can screen influences from environment, such as substrate roughness and charged impurities. This allows to observe unique and excellent physical properties of other two-dimensional materials, such as graphene. However, there is no established method to synthesize large-area, uniform hBN multilayers. In this research, by utilizing metal alloy films deposited on single-crystal substrates, we succeeded in synthesizing uniform multilayer hBN in large scale. In addition, we found interesting structural change of the metal alloy film that is synchronized with the segregation of multilayer hBN. We also demonstrated that our CVD-grown hBN is effective to improve the physical properties of monolayer graphene based on Raman spectroscopy.

Free Research Field

ナノテクノロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で合成を試みた六方晶窒化ホウ素（hBN）の多層膜は、現在では二次元物質の研究に欠かせない材料になっている。それは、多層hBNが周囲の環境の影響を効果的に遮へいして、グラフェンなどの二次元物質の優れた特性や特異的な物性を発現させる舞台を提供するからである。そのため、この多層hBNをウェハースケールで合成する技術を開発することは、二次元物質の学術と応用研究の推進のために極めて重要である。しかし、高品質の多層hBN合成は非常に難しく、現在でも剥離片が広く用いられている。本研究は多層hBNを大面積に合成する可能性を提示しており、科学的、産業的に大きな意義とインパクトを有している。