通过等离子体增强化学气相沉积方法，利用硼和氮元素前驱体合成了同位素工程化的六方氮化硼薄膜

《Science China-Materials》：Isotope-engineered hexagonal boron nitride films synthesized by plasma-enhanced chemical vapor deposition method from elemental boron and nitrogen precursors

采用等离子体增强化学气相沉积法，通过优化硼源蒸发和氮气等离子体激活，在铜基板上实现了高质量六方氮化硼薄膜的制备，揭示了氧气介导的硼传输和层状生长机制。利用同位素富集的硼和氮气成功调控材料同位素组成，其声子模式变化与谐振子理论预测一致。通过动态硼源切换技术，首次实现了平面h10BN-h11BN异质结构，为二维材料在热传输、光学响应和量子 coherence 方面的应用提供了新平台。

　　

摘要

六方氮化硼（hBN）已成为下一代电子技术和量子技术中不可或缺的材料，然而，如何实现具有宏观可扩展性和原子级精确度的同位素工程化hBN的控制合成仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一种突破性的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法，该方法利用元素硼（B）和氮（N）前驱体，同时实现hBN薄膜的晶圆级生长和精确的同位素控制。我们通过优化的硼蒸发和氮气（N₂）等离子体活化，在铜（Cu）基底上制备出了高质量的hBN薄膜。生长机制揭示了硼传输的氧介导途径以及多层形成的逐层（Frank-van der Merwe）模式。关键的是，通过使用富集同位素的硼粉末（¹⁰B和¹¹B）和氮气（¹⁴N₂和¹⁵N₂），我们实现了可调节的同位素组成，并且其声子模式位移与谐振子预测结果定量匹配。此外，我们还在生长过程中通过动态切换硼源，实现了前所未有的h¹⁰BN-h¹¹BN异质结构。这种PECVD策略建立了一个将工业规模生产能力与原子级同位素精度相结合的变革性合成平台，为在二维材料中调控热传输、光学响应和量子相干性提供了新的可能性。