摘要 美國北卡羅來納州立大學(NCSU)JayNarayan教授率領其團隊研發出一種六方氮化硼(h-CBN)轉化立方氮化硼(CBN)的新型制備方法,轉化速度和制備成本比傳統工藝更快、更加...
美國北卡羅來納州立大學(NCSU)Jay Narayan教授率領其團隊研發出一種六方氮化硼(h-BN)轉化立方氮化硼(CBN)的新型制備方法,轉化速度和制備成本比傳統工藝更快、更加低廉,有望用于高功率電子器件、晶體管和固態元件等的應用。
氮化硼有四種基本形式,其中h-BN和CBN是電子設備領域應用最為廣泛的兩種,其結構和屬性與金剛石和石墨極其類似。在集成電路應用方面,CBN的熱導性能非常好;其高頻功率性能可以和硅相媲美。
NCSU團隊的這種新型制備方法既可以生產傳統立方氮化硼,又可以制備出一種稱之為Q-氮化硼(Q-BN)的新型物質,’Q’代表這種材料的“淬火”相,將其加熱到一定溫度然后迅速冷卻。早在2015年的應用物理期刊上,該團隊就發表了關于Q-碳也即碳的一種新型相的研究;此次Q-BN的研發就建立在該基礎上。
Narayan教授說:“這是繼Q-碳研發和Q-碳轉化金剛石之后的又一技術成果。借助動力控制和時間控制,我們成功繞開氮化硼熱動力技術瓶頸,研發出了氮化硼的新型相”。
氮化硼有四種基本形式,其中h-BN和CBN是電子設備領域應用最為廣泛的兩種,其結構和屬性與金剛石和石墨極其類似。在集成電路應用方面,CBN的熱導性能非常好;其高頻功率性能可以和硅相媲美。
NCSU團隊的這種新型制備方法既可以生產傳統立方氮化硼,又可以制備出一種稱之為Q-氮化硼(Q-BN)的新型物質,’Q’代表這種材料的“淬火”相,將其加熱到一定溫度然后迅速冷卻。早在2015年的應用物理期刊上,該團隊就發表了關于Q-碳也即碳的一種新型相的研究;此次Q-BN的研發就建立在該基礎上。
Narayan教授說:“這是繼Q-碳研發和Q-碳轉化金剛石之后的又一技術成果。借助動力控制和時間控制,我們成功繞開氮化硼熱動力技術瓶頸,研發出了氮化硼的新型相”。

該研究發表在APL材料期刊,Narayan及其團隊利用厚度為500-10000納米的熱力穩定性較好的h-BN層,來制備Q-BN和CBN。將h-BN層放置在襯底上,利用高功率激光脈沖對其進行加熱至2530℃,襯底吸收了熱量從而完成對h-BN層的“淬火”。整個實驗過程在室溫下操作進行,為時僅五分之一微秒(五百萬分之一秒)。
實驗的關鍵在于h-BN層下面的襯底制備,該襯底影響著h-BN層的冷卻速度。通過對冷卻工藝的控制可以決定生成物是傳統CBN還是新型Q-BN。
h-BN轉化CBN的新型方法的最大優勢在于成本低廉,室溫壓力操作,要求溫度相對較低;而傳統工藝需要將溫度提高至3225℃,壓力高達95000個大氣壓。
低廉快速的制備工藝使得CBN在電子設備的應用研究上更加便捷,其優勢或將大于金剛石。例如,CBN的帶隙比金剛石高,在高功率元件應用方面更具優勢。
Narayan補充道:現在,我們可以利用CBN制備大面積的單晶薄膜,還可以對其進行n型和p型摻雜物鍍附,用于高功率晶體管和轉換開關的研發制備。這些技術可以替代體積笨重的變壓器,為超級電力高速公路構建下一代電網。
實驗的關鍵在于h-BN層下面的襯底制備,該襯底影響著h-BN層的冷卻速度。通過對冷卻工藝的控制可以決定生成物是傳統CBN還是新型Q-BN。
h-BN轉化CBN的新型方法的最大優勢在于成本低廉,室溫壓力操作,要求溫度相對較低;而傳統工藝需要將溫度提高至3225℃,壓力高達95000個大氣壓。
低廉快速的制備工藝使得CBN在電子設備的應用研究上更加便捷,其優勢或將大于金剛石。例如,CBN的帶隙比金剛石高,在高功率元件應用方面更具優勢。
Narayan補充道:現在,我們可以利用CBN制備大面積的單晶薄膜,還可以對其進行n型和p型摻雜物鍍附,用于高功率晶體管和轉換開關的研發制備。這些技術可以替代體積笨重的變壓器,為超級電力高速公路構建下一代電網。