【期刊發表】先進顯微X光技術跨域找出次世代半導體氮化硼的有序堆疊成因

APL Materials 是以材料科學為主,但其由美國物理學會(American Institute of Physics)於西元2013年創立,屬於在全球物理學界和最具權威的物理出版中心,也與Elsevier, Springer Nature, Wiley並列於全球主要學術出版集團,其APL Materials期刊範圍涵蓋奈米材料、物理性質到多功能應用,並強調其應用導向和研究前沿性特性,且要求較高物理解釋和材料機制,因此國際化、引用率和可見度都不斷上升中,目前五年平均影響因子為IF 5以上,在眾多物理/材料科學期刊中,屬於高/中高等級。執筆作者為淡江大學應用科學博士班四年級生,歐茲比,除了在2025十月份剛發表出APL Materials文章後, 目前也已經發表過兩篇國際期刊論文且為其第一作者(PRX Energy, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena),現今正在日本SPring8同步輻射中心台灣光束線做國際交換生(2026-2026)。

本研究提出一種全新概念的電化學液相合成法可製備出二維有序堆疊的六方氮化硼(h-BN)薄膜。透過精確控制電化學生長參數與反應時間,可直接生成懸浮於金網格上的高品質氮硼薄膜,其具備大面積、高結晶性及可調控氧化程度等特性

在拉曼光譜與光致螢光分析中,所製得的氮化硼薄膜展現出高品質且具特徵性的光譜信號,與傳統滴乾法所得之理想氮硼鍵結與均勻晶格結構相符。穿透式電子顯微鏡觀測顯示,兩種方法皆能形成原子級完美的氮硼晶格排列,但其電子繞射圖樣存在明顯差異:滴乾法具有三種結構相,而電化學法則主要呈現兩種結構相。進一步利用穿透式X光顯微技術進行元素解析,可獲得具空間解析度的X光吸收譜與奈米級影像。結果顯示,由於液相反應中電化學過程的介入,電化學合成的氮化硼薄膜允許氧原子鍵結於膜的邊界與表面;相對地,滴乾法受限於氮硼原子之混成軌域排列,呈現不同的晶體結構與層狀堆疊,但同樣能形成多種氧化組態(如 N–O、N=O、與 O–H 鍵)。整體而言,電化學液相氮化硼合成法不僅展現出更佳的晶體對稱性與層堆疊有序性,亦因具有氮原子的孤電子對與B–O(H)鍵結而表現出潛在化學活性。

此液相電化學合成技術未來可推廣至多元跨領域應用,透由液相溶液和電化學參數能在任何導電基板生長出大均勻面積和具厚度控制氮化硼薄膜,未來具備應用於先進半導體元件、催化反應與量子材料的發展潛力。