Кіріспе

Борон арсениді (немесе Арсен бориді) – борон және арсен қосылысынан тұратын химиялық қосылыс, әдетте химиялық формуласы BAs. Басқа борон арсениді қосылыстары да белгілі, мысалы, субарсенид – B12As2. Кубикалық BAs химиялық жолмен синтездеу өте қиын, ал оның жеке кристалдық түрлерінде көбінесе кемшіліктер болады.

Қасиеттері

BAs – III V отбасына жататын, 0,4777 нм решеттік тұрақтысы және 1,82 эВ тікелей емес жолақты аралығы бар текшелік (сфалерит) жартылай өткізгіш. Кубикалық BAs 920 °C-тан жоғары температурада B12As2 субарсенидіне ыдырайтыны хабарланған. Борон арсенидінің балқу температурасы 2076 °C. BAs-тың жылу өткізгіштігі өте жоғары: 300 К-да шамамен 1300 Вт/(м·К). Кубикалық BAs-тың негізгі физикалық қасиеттері эксперименттік жолмен өлшенді: жолақты аралық (1,82 эВ), оптикалық сыну көрсеткіші (657 нм толқын ұзындығында 3,29), серпімділік модулі (326 ГПа), иілу модулі, Пуассон коэффициенті, жылулық кеңею коэффициенті (3,85×10−6/К) және жылу сыйымдылығы. Оны галлий арсенидімен қорытып, үштік және төрттік жартылай өткізгіштер жасауға болады. BAs кремнийден өзгеше, >1000 см2/В/с жоғары электрондық және саңылаулы жылдамдыққа ие, кремнийде электрондық жылдамдық жоғары, бірақ саңылаулы жылдамдық төмен. 2023 жылы Nature журналында жарияланған зерттеуде жоғары қысымға ұшыраған BAs-тың жылу өткізгіштігі, көптеген материалдарда байқалатын қалыпты өсуге кері, төмендейтіні хабарланды.

Борон субарсениді

Борон арсениді сонымен қатар субарсенидтер түрінде де кездеседі, оның ішінде икосаэдрлі борид B12As2 бар. Ол Rm кеңістіктік тобына жатады және бор атомдарының кластерлері мен екі атомдық As–As тізбектеріне негізделген ромбоэдрлік құрылымға ие. Бұл 3,47 ЭВ кең жолақты жартылай өткізгіш, және радиациялық зақымдануды "өздігінен жазып" алудың ерекше қабілетімен ерекшеленеді. Бұл түрді кремний карбиді сияқты негіздерде өсіруге болады. Оны күн батареяларын жасау үшін де пайдалануға болатыны ұсынылған, бірақ қазіргі уақытта бұл мақсатта қолданылмайды.

Қолданбалар

Борон арсениді электроникадағы жылулық басқару үшін ең қолайлы материал болып табылады. Галлий нитридті транзисторлармен ГАН БА гетероқұрылымдарын жасау бойынша тәжірибелік интеграция жүзеге асырылды және кремний карбиді немесе алмаз негіздердегі ең жақсы GaN HEMT құрылғыларымен салыстырғанда артық өнімділік көрсетілді. Жоғары өткізгіштігі және икемділігі бар жылу интерфейстері ретінде BA композиттерін өндіру әзірленді. Бірінші принциптер бойынша есептеулер кубикалық БА-ның жылу өткізгіштігі бөлме температурасында 2200 Вт/(м·К)-тан жоғары екенін көрсетті, бұл алмаз бен графитке ұқсас. Ақаулардың жоғары концентрациясы салдарынан кейінгі өлшемдер 190 Вт/(м·К) мәнін берді. Жақында жүргізілген төрт фононды шашырауды ескеретін бірінші принциптер бойынша есептеулер жылу өткізгіштігі 1400 Вт/(м·К) болатынын болжады. Соңынан, ақаусыз борон арсениді кристалдары тәжірибе жүзінде жасалды және теориялық болжамдармен сәйкес келетін 1300 Вт/(м·К) жоғары жылу өткізгіштігімен өлшенді. Ақаулардың төмен концентрациясы бар кристалдар 900–1000 Вт/(м·К) жылу өткізгіштігін көрсетті. Кубикалық борон арсенидінің жылуды және электр тогын силиконнан жақсы өткізетіні анықталды, сондай-ақ электрондарды және олардың оң зарядталған әріптесі – "электрондық тесікті" де силиконнан жақсы өткізеді деп хабарланды.