超硬材料网

       美国北卡罗来纳州立大学（NCSU）Jay Narayan教授率领其团队研发出一种六方氮化硼（h-BN）转化立方氮化硼（CBN）的新型制备方法，转化速度和制备成本比传统工艺更快、更加低廉，有望用于高功率电子器件、晶体管和固态元件等的应用。
       氮化硼有四种基本形式，其中h-BN和CBN是电子设备领域应用最为广泛的两种，其结构和属性与金刚石和石墨极其类似。在集成电路应用方面，CBN的热导性能非常好；其高频功率性能可以和硅相媲美。
       NCSU团队的这种新型制备方法既可以生产传统立方氮化硼，又可以制备出一种称之为Q-氮化硼（Q-BN）的新型物质，’Q’代表这种材料的“淬火”相，将其加热到一定温度然后迅速冷却。早在2015年的应用物理期刊上，该团队就发表了关于Q-碳也即碳的一种新型相的研究；此次Q-BN的研发就建立在该基础上。
       Narayan教授说：“这是继Q-碳研发和Q-碳转化金刚石之后的又一技术成果。借助动力控制和时间控制，我们成功绕开氮化硼热动力技术瓶颈，研发出了氮化硼的新型相”。

       该研究发表在APL材料期刊，Narayan及其团队利用厚度为500-10000纳米的热力稳定性较好的h-BN层，来制备Q-BN和CBN。将h-BN层放置在衬底上，利用高功率激光脉冲对其进行加热至2530℃，衬底吸收了热量从而完成对h-BN层的“淬火”。整个实验过程在室温下操作进行，为时仅五分之一微秒（五百万分之一秒）。
       实验的关键在于h-BN层下面的衬底制备，该衬底影响着h-BN层的冷却速度。通过对冷却工艺的控制可以决定生成物是传统CBN还是新型Q-BN。
       h-BN转化CBN的新型方法的最大优势在于成本低廉，室温压力操作，要求温度相对较低；而传统工艺需要将温度提高至3225℃，压力高达95000个大气压。
       低廉快速的制备工艺使得CBN在电子设备的应用研究上更加便捷，其优势或将大于金刚石。例如，CBN的带隙比金刚石高，在高功率元件应用方面更具优势。
       Narayan补充道：现在，我们可以利用CBN制备大面积的单晶薄膜，还可以对其进行n型和p型掺杂物镀附，用于高功率晶体管和转换开关的研发制备。这些技术可以替代体积笨重的变压器，为超级电力高速公路构建下一代电网。