新方法使立方氮化硼制備成本降低

材料牛注：由北卡羅萊納州立大學（NCSU）學者Jay Narayan帶領的研究團隊開發出h-BN(六方硼氮化物，下同)向c-BN(立方硼氮化物，下同)轉化的新方法，該方法耗時短、成本低，有望實現c-BN材料在大功率電子設備、晶體管、固體器件等方面的廣泛應用。

BN(硼氮化物，下同）共有四種基本形態。其中h-BN、c-BN的結構性質與鉆石、石墨極其相似，在電子設備等應用領域極具吸引力。c-BN良好的熱力學性能與鉆石類似，非常適用于集成電路。此外，其高頻功率容量可與硅相媲美。

此次NCSU的方法，除了可以生成傳統意義上的c-BN，還可以生產一種名為Q-BN的新材料。它是通過BN加熱至高溫后再快速冷卻得到，其中Q表示BN材料的淬冷相。值得一提的是，該研究團隊在此之前發現了一種新的碳相，并將之命名為Q-carbon，該成果發表在去年的Journal of Applied Physics上。

“此次研究是繼發現Q-carbon后的又一項新進展，”Narayan在一次新聞發布會上說到，“通過控制時間以及運用動力學知識，我們已經超越了所謂的BN的熱力學極限，并發現了Q-BN這種新相。”

本次成果發表于APL Materials上。Narayan及其團隊使用厚度為500-1000納米、且熱力學穩定的BN層，合成了Q-BN和c-BN。小組成員將h-BN層置于基底上，用大功率激光脈沖使其加熱至2800K（約2530℃），基底吸熱使h-BN淬冷，從而得到Q-BN或c-BN。整個過程只需1/15微秒，在室溫下即可完成操作。該方法的關鍵是如何操作h-BN層之下的基底，這將決定材料的冷卻速度，進而決定最終生成的是普通c-BN還是新材料Q-BN。

傳統上，h-BN轉化為c-BN需在9500個大氣壓下，將h-BN加熱至3500K（約為3225℃）。相比之下，Narayan及其團隊所用新方法的優勢顯而易見。

就電子設備而言，c-BN的性能優于鉆石，比如，c-BN的能帶高于鉆石，對大功率電子設備更為有利。毫無疑問，如此快捷低廉的c-BN合成方法必將使c-BN的優異性能得以充分發揮。

“使用c-BN合成的單晶層面積更大，進行n型和p型摻雜后，就可以制備大功率的晶體管和轉換器，”Narayan在一次電子郵件訪談講到，“體積較大的轉換器將被取而代之，最終實現超級電力高速路所需的下一代智能網格。”

原文參考地址：Cheap Cubic-Boron Nitride Could Enable Next Gen Smart Grid

本文由編輯部慧杰提供素材，敏娜編譯。