Mechanism of Controllable Growth of Large-Area Single-Crystal Hexagonal Boron Nitride on Preoxidized Copper Substrate

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作者
Mingxia Xu,Ruikang Dong,Xiaoshu Gong,Liang Ma
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (51): 11665-11672 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c02764
摘要

Two-dimensional (2D) hexagonal boron nitride (h-BN) exhibits promising properties for electronic and photoelectric devices, while the growth of high-quality h-BN remains challenging. Here we theoretically explored the mechanism of epitaxial growth of high-quality h-BN by using the preoxidized and hydrogen-annealed copper substrate, i.e., Cu2O. It is revealed thermodynamically that the unidirectional nucleation of h-BN can be rationalized on the symmetry-matched Cu2O(111) surface rather than the antiparallel nucleation on the Cu(111) surface. Kinetically, the dehydrogenation of feedstock of h-BN on the Cu2O(111) surface is also much easier than that on the Cu(111) surface. Both the B and N atoms are energetically more preferred to stay on the surface rather than inside the body of Cu2O, which leads to a surface-diffusion-based growth behavior on the Cu2O(111) surface instead of the precipitation-diffusion mixed case on the Cu(111) surface. Our work may guide future experimental design for the controllable growth of wafer-scale single-crystal h-BN.
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