Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Бороарсенид (или арсенид бора) — химическое соединение, состоящее из бора и мышьяка, обычно с химической формулой BAs. Известны и другие соединения бороарсенида, такие как субарсенид B12As2. Химический синтез кубического BAs очень сложен, и его монокристаллические формы обычно содержат дефекты.
Boron arsenide (or Arsenic boride) is a chemical compound involving boron and arsenic, usually with a chemical formula BAs. Other boron arsenide compounds are known, such as the subarsenide |B12As2. Chemical synthesis of cubic BAs is very challenging and its single crystal forms usually have defects.
Свойства
BAs — кубический (сфалеритовый) полупроводник семейства III–V с постоянной решетки 0,4777 нм и непрямым запрещенным диапазоном 1,82 эВ. Сообщается, что кубический BAs разлагается до субарсенида B12As2 при температурах выше 920 °C. Температура плавления арсенида бора составляет 2076 °C. Теплопроводность BAs очень высока: около 1300 Вт/(м·К) при 300 К.
BAs is a cubic (sphalerite) semiconductor in the III V family with a lattice constant of 0.4777 nm and an indirect band gap of 1.82 eV. Cubic BAs is reported to decompose to the subarsenide B12As2 at temperatures above 920 °C. Boron arsenide has a melting point of 2076 °C. The thermal conductivity of BAs is very high: around 1300 W/(m·K) at 300 K.
Основные физические свойства кубического BAs были экспериментально измерены: ширина запрещенной зоны (1,82 эВ), показатель преломления (3,29 при длине волны 657 нм), модуль Юнга (326 ГПа), модуль сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициент теплового расширения (3,85×10−6/К) и теплоемкость. Его можно легировать арсенидом галлия для получения тройных и четверных полупроводников. BAs обладает высокой подвижностью электронов и дырок, >1000 см²/В·с, в отличие от кремния, который характеризуется высокой подвижностью электронов, но низкой подвижностью дырок. В 2023 году в журнале Nature было опубликовано исследование, согласно которому BAs, подвергнутый воздействию высокого давления, демонстрирует снижение теплопроводности, что противоречит типичному увеличению, наблюдаемому в большинстве материалов.
The basic physical properties of cubic BAs have been experimentally measured: Band gap (1.82 eV), optical refractive index (3.29 at wavelength 657 nm), elastic modulus (326 GPa), shear modulus, Poisson's ratio, thermal expansion coefficient (3.85×10−6/K), and heat capacity. It can be alloyed with gallium arsenide to produce ternary and quaternary semiconductors. BAs has high electron and hole mobility, >1000 cm2/V/second, unlike silicon which has high electron mobility, but low hole mobility. In 2023, a study in journal Nature reported that subjected to high pressure BAs decrease its thermal conductivity contrary to the typical increase seen in most materials.
Субарсенид бора
Арсенид бора также встречается в виде субарсенидов, включая икосаэдрический борид B12As2. Он принадлежит к пространственной группе Rm и имеет ромбоэдрическую структуру, основанную на кластерах атомов бора и двух-атомных цепочках As–As. Это полупроводник с широкой запрещенной зоной (3,47 эВ), обладающий необычайной способностью к "самовосстановлению" от радиационного повреждения. Эта форма может быть выращена на подложках, таких как карбид кремния. Также было предложено его использование для изготовления солнечных элементов, но в настоящее время оно не применяется в этих целях.
Boron arsenide also occurs as subarsenides, including the icosahedral boride |B12As2. It belongs to Rm space group with a rhombohedral structure based on clusters of boron atoms and two atom As–As chains. It is a wide bandgap semiconductor (3.47 eV) with the extraordinary ability to "self heal" radiation damage. This form can be grown on substrates such as silicon carbide. Another use for solar cell fabrication was proposed, but it is not currently used for this purpose.
Приложения
Бороарсенид наиболее привлекателен для применения в системах теплового управления электроники. Экспериментальная интеграция с транзисторами нитрида галлия для создания гетероструктур GaN-BA была продемонстрирована и показала более высокую производительность, чем лучшие GaN HEMT устройства на подложках из карбида кремния или алмаза. Разработаны методы производства композитов на основе BA, обладающих высокой электро- и теплопроводностью и гибкостью, для использования в качестве тепловых интерфейсов. Расчеты, выполненные из первых принципов, предсказывают, что теплопроводность кубического BA необычайно высока – более 2200 Вт/(м·К) при комнатной температуре, что сопоставимо с теплопроводностью алмаза и графита. Последующие измерения показали значение всего 190 Вт/(м·К) из-за высокой концентрации дефектов. Более поздние расчеты из первых принципов, учитывающие четырехфононное рассеяние, предсказывают теплопроводность 1400 Вт/(м·К). Впоследствии были получены экспериментально кристаллы бороарсенида с минимальным количеством дефектов, теплопроводность которых составила 1300 Вт/(м·К), что согласуется с теоретическими предсказаниями. Кристаллы с низкой плотностью дефектов демонстрируют теплопроводность в диапазоне 900–1000 Вт/(м·К). Было установлено, что кубическая форма бороарсенида превосходит кремний по тепло- и электропроводности, а также, по сообщениям, превосходит кремний по проводимости как электронов, так и дырок.
Boron arsenide is most attractive for use in electronics thermal management. Experimental integration with gallium nitride transistors to form GaN BAs heterostructures has been demonstrated and shows better performance than the best GaN HEMT devices on silicon carbide or diamond substrates. Manufacturing BAs composites was developed as highly conducting and flexible thermal interfaces. First principles calculations have predicted that the thermal conductivity of cubic BAs is remarkably high, over 2,200 W/(m·K) at room temperature, which is comparable to that of diamond and graphite. Subsequent measurements yielded a value of only 190 W/(m·K) due to the high density of defects. More recent first principles calculations incorporating four phonon scattering predict a thermal conductivity of 1400 W/(m·K). Later, defect free boron arsenide crystals have been experimentally realized and measured with an ultrahigh thermal conductivity of 1300 W/(m·K), consistent with theory predictions. Crystals with small density of defects have shown thermal conductivity of 900–1000 W/(m·K). The cubic shaped boron arsenide has been discovered to be better at conducting heat and electricity than silicon, as well as reportedly better than silicon at conducting both electrons and its positively charged counterpart, the "electron hole."