新方法使立方氮化硼制备成本降低

材料牛注：由北卡罗莱纳州立大学（NCSU）学者Jay Narayan带领的研究团队开发出h-BN(六方硼氮化物，下同)向c-BN(立方硼氮化物，下同)转化的新方法，该方法耗时短、成本低，有望实现c-BN材料在大功率电子设备、晶体管、固体器件等方面的广泛应用。

BN(硼氮化物，下同）共有四种基本形态。其中h-BN、c-BN的结构性质与钻石、石墨极其相似，在电子设备等应用领域极具吸引力。c-BN良好的热力学性能与钻石类似，非常适用于集成电路。此外，其高频功率容量可与硅相媲美。

此次NCSU的方法，除了可以生成传统意义上的c-BN，还可以生产一种名为Q-BN的新材料。它是通过BN加热至高温后再快速冷却得到，其中Q表示BN材料的淬冷相。值得一提的是，该研究团队在此之前发现了一种新的碳相，并将之命名为Q-carbon，该成果发表在去年的Journal of Applied Physics上。

“此次研究是继发现Q-carbon后的又一项新进展，”Narayan在一次新闻发布会上说到，“通过控制时间以及运用动力学知识，我们已经超越了所谓的BN的热力学极限，并发现了Q-BN这种新相。”

本次成果发表于APL Materials上。Narayan及其团队使用厚度为500-1000纳米、且热力学稳定的BN层，合成了Q-BN和c-BN。小组成员将h-BN层置于基底上，用大功率激光脉冲使其加热至2800K（约2530℃），基底吸热使h-BN淬冷，从而得到Q-BN或c-BN。整个过程只需1/15微秒，在室温下即可完成操作。该方法的关键是如何操作h-BN层之下的基底，这将决定材料的冷却速度，进而决定最终生成的是普通c-BN还是新材料Q-BN。

传统上，h-BN转化为c-BN需在9500个大气压下，将h-BN加热至3500K（约为3225℃）。相比之下，Narayan及其团队所用新方法的优势显而易见。

就电子设备而言，c-BN的性能优于钻石，比如，c-BN的能带高于钻石，对大功率电子设备更为有利。毫无疑问，如此快捷低廉的c-BN合成方法必将使c-BN的优异性能得以充分发挥。

“使用c-BN合成的单晶层面积更大，进行n型和p型掺杂后，就可以制备大功率的晶体管和转换器，”Narayan在一次电子邮件访谈讲到，“体积较大的转换器将被取而代之，最终实现超级电力高速路所需的下一代智能网格。”

原文参考地址：Cheap Cubic-Boron Nitride Could Enable Next Gen Smart Grid

本文由编辑部慧杰提供素材，敏娜编译。