氧化抗性无定形硼氮化物的原子尺度起源

无定形硼氮化物（\textrm{\alpha-BN}）是纳米电子器件中值得期待的超薄屏障，但其化学稳定性的原子尺度机制仍不为人所了解。本文采用机器学习分子动力学模拟和角分辨X射线光电子能谱相结合的方法，探讨了\textrm{$\alpha$-BN}氧化的结构-性质关系。模拟结果表明，薄膜结构由合成条件控制，是决定氧化抗性的关键因素。密集、化学有序的网络具有较高比例的B-N键，可有效通过限制氧化在表面的扩散来抵抗氧化，而富含B-B和N-N杂化硼硼键的孔隙、缺陷丰富的结构则允许氧气渗透并发生广泛的批量降解。这些计算发现与\textrm{\alpha-BN}由化学气相沉积生长的薄膜所观察到的实验趋势一致。XPS分析显示，生长于较高温度的薄膜发展出更有序的结构，B/N比例接近于化学计量比，并表现出对表面氧化抗性优于其更损坏、较低温度下的缺陷薄膜。综上所述，这些结果表明\textrm{$\alpha$-BN}的氧化抗性是与其原子尺度 morphology 直接相关的可调节属性，为工程用于未来纳米电子应用的化学稳健介电屏障提供了清晰的框架。