Арсенид бора
Арсенид бора
Идентификаторы
  • 12005-69-5 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 8461243
CID PubChem
  • 10285774
  • InChI=1S/AsB/c1-2
    Ключ: DBKNIEBLJMAJHX-UHFFFAOYSA-N
  • [Б]#[Как]
Характеристики
BA
Молярная масса85,733 г/моль [1]
ПоявлениеКоричневые кубические кристаллы [1]
Плотность5,22 г/см 3 [1]
Температура плавления1100 °C (2010 °F; 1370 K) разлагается [1]
Нерастворимый
Ширина запрещенной зоны1,82 эВ
Теплопроводность1300 Вт/(м·К) (300 К)
Структура [2]
Кубический ( сфалерит ), cF8 , № 216
Ф 4 3м
а  = 0,4777 нм
4
Родственные соединения
Другие анионы
Нитрид бора
Фосфид бора
Антимонид бора
Другие катионы
Арсенид алюминия
Арсенид галлия
Арсенид индия
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
проверятьИ проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение
Субарсенид бора
Идентификаторы
  • 12005-70-8 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
  • InChI=1S/2AsH2.B12/c;;1-2-3(1)5(1)6(1)4(1,2)8(2)7(2,3)9(3,5)11(5,6)10(4,6,8)12(7,8,9)11/h2*1H2;
    Ключ: RGSVMMFVXFQAMT-UHFFFAOYSA-N
  • [B]1234[B]567[B]189[B]2%10%11[B]8%12%13[B]%10%14%15[B]%16%17%18[B]35([B]6%16%19[B]%12%14%17[B]79%13%19)[B]4%11%15%18.[Как].[Как]
Характеристики
Б 12 Как 2
Молярная масса279,58 г/моль
Плотность3,56 г/см 3 [3]
Нерастворимый
Ширина запрещенной зоны3,47 эВ
Структура [4]
Ромбоэдрический , hR42 , № 166
Р 3 м
а  = 0,6149 нм, б  = 0,6149 нм, с  = 1,1914 нм
α = 90°, β = 90°, γ = 120°
6
Родственные соединения
Другие анионы
Неокись бора
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение

Арсенид бора (или борид мышьяка ) — это химическое соединение, включающее бор и мышьяк , обычно с химической формулой BAs. Известны и другие соединения арсенида бора, такие как субарсенид B12As2 . Химический синтез кубического BAs очень сложен, и его монокристаллические формы обычно имеют дефекты.

Характеристики

BAs — кубический ( сфалерит ) полупроводник в семействе III-V с постоянной решетки 0,4777 нм и непрямой запрещенной зоной 1,82 эВ. Сообщается, что кубический BAs разлагается до субарсенида B12As2 при температурах выше 920 °C. [5] Арсенид бора имеет температуру плавления 2076 °C. Теплопроводность BAs исключительно высока, недавно измеренная в монокристаллах BAs, составляет около 1300 Вт/( м ·К) при комнатной температуре, что делает его самым высоким среди всех металлов и полупроводников. [6]

Основные физические свойства кубических BA были экспериментально измерены: [7] Ширина запрещенной зоны (1,82 эВ), оптический показатель преломления (3,29 на длине волны 657 нм), модуль упругости (326 ГПа), модуль сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициент теплового расширения (3,85×10−6 / K) и теплоемкость. Его можно сплавлять с арсенидом галлия для получения тройных и с арсенидом индия-галлия для получения четверных полупроводников. [8]

BAs имеет высокую подвижность электронов и дырок, >1000 см2 / В/сек, в отличие от кремния, который имеет высокую подвижность электронов, но низкую подвижность дырок. [9]

В 2023 году исследование в журнале Nature сообщило, что подвергаемые высокому давлению BA снижают свою теплопроводность, в отличие от типичного увеличения, наблюдаемого в большинстве материалов. [10] [11] [12]

Субарсенид бора

Арсенид бора также встречается в виде субарсенидов, включая икосаэдрический борид B 12 As 2 . Он принадлежит к пространственной группе R 3 m с ромбоэдрической структурой на основе кластеров атомов бора и двухатомных цепочек As–As. Это широкозонный полупроводник (3,47 эВ) с необычайной способностью «самозалечиваться» от радиационных повреждений. [13] Эту форму можно выращивать на таких подложках, как карбид кремния . [14] Было предложено другое применение для изготовления солнечных элементов [8] [15] , но в настоящее время оно для этой цели не используется.

Приложения

Арсенид бора наиболее привлекателен для использования в тепловом управлении электроникой. Экспериментальная интеграция с транзисторами на основе нитрида галлия для формирования гетероструктур GaN-BAs была продемонстрирована и показала лучшую производительность, чем лучшие устройства GaN HEMT на подложках из карбида кремния или алмаза. Производство композитов BAs было разработано как высокопроводящие и гибкие тепловые интерфейсы. [16]

Расчеты из первых принципов предсказали, что теплопроводность кубических BAs необычайно высока, более 2200 Вт/(м·К) при комнатной температуре, что сопоставимо с теплопроводностью алмаза и графита. [17] Последующие измерения дали значение всего 190 Вт/(м·К) из-за высокой плотности дефектов. [18] [19] Более поздние расчеты из первых принципов, включающие четырехфононное рассеяние, предсказывают теплопроводность 1400 Вт/(м·К). [20] Позднее были экспериментально реализованы и измерены кристаллы арсенида бора без дефектов со сверхвысокой теплопроводностью 1300 Вт/(м·К), что соответствует теоретическим предсказаниям. Кристаллы с малой плотностью дефектов показали теплопроводность 900–1000 Вт/(м·К). [21] [22]

Было обнаружено, что кубический арсенид бора лучше проводит тепло и электричество, чем кремний , а также, как сообщается, лучше, чем кремний, проводит как электроны, так и их положительно заряженный аналог, «электрон-дырку». [23]

Ссылки

  1. ^ abcd Haynes, William M., ред. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . стр. 4.53. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ^ Perri, J. A; La Placa, S; Post, B (1958). "Новые соединения группы III-группы V: BP и BAs". Acta Crystallographica . 11 (4): 310. Bibcode : 1958AcCry..11..310P. doi : 10.1107/S0365110X58000827 .
  3. ^ Вилларс, Пьер (ред.) «Кристаллическая структура B12As2 (B6As)» в Неорганические твердые фазы , Springer, Гейдельберг (ред.) SpringerMaterials
  4. ^ Morosin, B; Aselage, T. L; Feigelson , R. S (2011). «Уточнение кристаллической структуры материалов с ромбоэдрической симметрией, содержащих богатые бором икосаэдры». Труды MRS . 97. doi :10.1557/PROC-97-145.
  5. ^ Чу, Т. Л.; Хислоп, А. Э. (1974). «Получение и свойства пленок арсенида бора». Журнал электрохимического общества . 121 (3): 412. Bibcode : 1974JElS..121..412C. doi : 10.1149/1.2401826.
  6. ^ Kang, J.; Li, M.; Wu, H.; Nguyen, H.; Hu, Y. (2018). «Экспериментальное наблюдение высокой теплопроводности в арсениде бора». Science . 361 (6402): 575– 578. Bibcode :2018Sci...361..575K. doi : 10.1126/science.aat5522 . PMID  29976798.
  7. ^ Кан, Джун Сан; Ли, Ман; Ву, Хуан; Нгуен, Худуй; Ху, Юнцзе (2019). «Основные физические свойства кубического арсенида бора». Applied Physics Letters . 115 (12): 122103. arXiv : 1911.11281 . Bibcode : 2019ApPhL.115l2103K. doi : 10.1063/1.5116025.
  8. ^ ab Geisz, J. F; Friedman, D. J; Olson, J. M; Kurtz, Sarah R ; Reedy, R. C; Swartzlander, A. B; Keyes, B. M; Norman, A. G (2000). "BGaInAs сплавы решетка согласована с GaAs". Applied Physics Letters . 76 (11): 1443. Bibcode : 2000ApPhL..76.1443G. doi : 10.1063/1.126058.
  9. ^ Шин, Чону; Гамаге, Гитал Амила; Дин, Живэй; Чен, Кэ; Тиан, Фэй; Цянь, Синь; Чжоу, Цзявэй; Ли, Хвиджонг; Чжоу, Цзяньши; Ши, Ли; Нгуен, Тхань (22 июля 2022 г.). «Высокая амбиполярная подвижность в кубическом арсениде бора». Наука . 377 (6604): 437–440 . Бибкод : 2022Sci...377..437S. doi : 10.1126/science.abn4290. ISSN  0036-8075. PMID  35862526. S2CID  250952849.
  10. ^ "Удивительное поведение теплопередачи обнаружено в новом полупроводнике под давлением". Physics World . 2023-01-27 . Получено 2023-01-30 .
  11. ^ Ли, Суйсюань; Цинь, Цзыхао; У, Хуань; Ли, Ман; Кунц, Мартин; Алатас, Ахмет; Кавнер, Эбби; Ху, Юнцзе (23 ноября 2022 г.). «Аномальный тепловой перенос под высоким давлением в арсениде бора». Nature . 612 (7940): 459– 464. Bibcode :2022Natur.612..459L. doi :10.1038/s41586-022-05381-x. ISSN  1476-4687. PMID  36418403. S2CID  253838186.
  12. ^ Реммель, Ариана (2 января 2023 г.). «Арсенид бора нарушает правила под давлением». C&EN . Том 101, № 1. стр. 6. doi :10.1021/cen-10101-scicon3 . Получено 2 апреля 2023 г.
  13. ^ Каррард, М.; Эмин, Д.; Цуппироли, Л. (1995). «Кластеризация дефектов и самовосстановление облученных электронами твердых тел, богатых бором». Physical Review B. 51 ( 17): 11270– 11274. Bibcode : 1995PhRvB..5111270C. doi : 10.1103/PhysRevB.51.11270. PMID  9977852.
  14. ^ Chen, H.; Wang, G.; Dudley, M.; Xu, Z.; Edgar, JH; Batten, T.; Kuball, M.; Zhang, L.; Zhu, Y. (2008). "Монокристаллический B12As2 на m - плоскости ( 1100 ) 15R-SiC". Applied Physics Letters . 92 (23): 231917. Bibcode : 2008ApPhL..92w1917C. doi : 10.1063/1.2945635. hdl : 2097/2186 .
  15. ^ Бун, Дж. Л. и Вандорен, TP (1980) Разработка тонкопленочных солнечных элементов на основе арсенида бора, Заключительный отчет, Eagle-Picher Industries, Inc., Майами, Оклахома. Аннотация.
  16. ^ Cui, Ying; Qin, Zihao; Wu, Huan; Li, Man; Hu, Yongjie (2021). «Гибкий тепловой интерфейс на основе самоорганизующегося арсенида бора для высокопроизводительного терморегулирования». Nature Communications . 12 (1): 1284. Bibcode :2021NatCo..12.1284C. doi :10.1038/s41467-021-21531-7. PMC 7904764 . PMID  33627644. .
  17. ^ Маловероятный конкурент алмаза как лучшего теплопроводника, новости Phys.org (8 июля 2013 г.)
  18. ^ Lv, Bing; Lan, Yucheng; Wang, Xiqu; Zhang, Qian; Hu, Yongjie; Jacobson, Allan J; Broido, David; Chen, Gang; Ren, Zhifeng; Chu, Ching-Wu (2015). "Экспериментальное исследование предлагаемого сверхтеплопроводника: BAs" (PDF) . Applied Physics Letters . 106 (7): 074105. Bibcode :2015ApPhL.106g4105L. doi :10.1063/1.4913441. hdl : 1721.1/117852 . OSTI  1387754. S2CID  54074851.
  19. ^ Чжэн, Цян; Поланко, Карлос А.; Ду, Мао-Хуа; Линдсей, Лукас Р.; Чи, Мяофан ; Янь, Цзяцян; Сэйлз, Брайан К. (6 сентября 2018 г.). «Антиситовые пары подавляют теплопроводность BAs». Physical Review Letters . 121 (10): 105901. arXiv : 1804.02381 . Bibcode : 2018PhRvL.121j5901Z. doi : 10.1103/PhysRevLett.121.105901. PMID  30240242. S2CID  206316624.
  20. ^ Фэн, Тианли; Линдсей, Лукас; Руан, Сюлинь (2017). «Четырехфононное рассеяние значительно снижает собственную теплопроводность твердых тел». Physical Review B. 96 ( 16): 161201. Bibcode : 2017PhRvB..96p1201F. doi : 10.1103/PhysRevB.96.161201 .
  21. ^ Ли, Шэн; Чжэн, Цие; Лв, Иньчуань; Лю, Сяоюань; Ван, Сицюань; Хуан, Пиншань И.; Кэхилл, Дэвид Г.; Лв, Бин (2018). «Высокая теплопроводность в кубических кристаллах арсенида бора». Science . 361 (6402): 579– 581. Bibcode :2018Sci...361..579L. doi : 10.1126/science.aat8982 . PMID  29976796.
  22. ^ Тиан, Фэй; Сун, Бай; Чен, Си; Равичандран, Наванита К; Льв, Иньчуань; Чен, Кэ; Салливан, Шон; Ким, Джэхён; Чжоу, Юаньюань; Лю, Дэ-Хуан; Гони, Мигель; Дин, Живэй; Сунь, Цзинъин; Гамаж, Гитал Амила Гамаж Удаламатта; Сунь, Хаоран; Зияи, Хамидреза; Хуян, Шуюань; Дэн, Лянцзы; Чжоу, Цзяньши; Шмидт, Аарон Дж; Чен, Шуо; Чу, Чинг-Ву; Хуанг, Пиншейн Ю; Бройдо, Дэвид; Ши, Ли; Чен, Банда; Жэнь, Чжифэн (2018). «Необычная высокая теплопроводность в объемных кристаллах арсенида бора». Наука . 361 (6402): 582– 585. Bibcode : 2018Sci...361..582T. doi : 10.1126/science.aat7932 . PMID  29976797.
  23. ↑ Генерал, Райан (18 августа 2022 г.). «Китайский профессор Массачусетского технологического института помогает обнаружить «игру, которая изменит ситуацию» спустя несколько месяцев после обвинений в шпионаже». NextShark . Получено 19 августа 2022 г.
  • Статья Малики и Даля Корсо 2020 года - Температурно-зависимые упругие константы и термодинамические свойства BA: исследование ab initio
  • Данные Matweb
  • Кинг, Р. Б. (1999). Химия бора в новом тысячелетии . Нью-Йорк: Elsevier. ISBN 0-444-72006-5.
  • Оунби, П. Д. (1975). «Упорядоченный арсенид бора». Журнал Американского керамического общества . 58 ( 7– 8): 359– 360. doi :10.1111/j.1151-2916.1975.tb11514.x.
  • Высокая амбиполярная подвижность в кубическом арсениде бора, Наука
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Boron_arsenide&oldid=1266203002"