研究人员将金刚石/氮化硼晶体层集成在大功率器件中
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美国北卡罗来纳州立大学的材料研究人员开发了一种新技术，可以在立方氮化硼(c-BN)表面沉积钻石，将两种材料整合成单晶结构。
“这可以用于制造高功率设备，比如制造下一代‘智能’电网所需的固态变压器，”Jay Narayan说，他是北卡罗来纳州立大学材料科学与工程约翰·c·范杰出讲座教授，也是描述这项研究的一篇论文的主要作者。
纳拉延说:“它还可以用于制造切削工具、高速加工和深海钻探设备。”“钻石是硬的，但它容易氧化，转化成石墨——石墨更软。c-BN的涂层可以防止氧化。钻石还与铁相互作用，使其难以与钢铁工具一起使用。再一次，c-BN将解决这个问题。”
碳氮化硼是一种具有立方晶体结构的氮化硼。碳氮化硼具有与金刚石相似的性能，但具有以下几个优点:碳氮化硼具有较高的禁带宽度，在大功率器件中具有广泛的应用前景;碳氮化硼可以被“掺杂”，使其具有正电荷和负电荷层，这意味着它可以用来制造晶体管;当它暴露在氧气中时，它会在表面形成一个稳定的氧化层，使其在高温下保持稳定。今年早些时候在美国，纳拉扬公布了一种更快、更便宜的制造c-BN的技术。
为了创建外延或单晶金刚石/碳氮化硼结构，研究人员首先创建碳氮化硼衬底。这是利用纳拉扬今年早些时候发表的新技术完成的。然后，他们使用一种叫做脉冲激光沉积的方法——在500摄氏度和优化的大气压力下完成——在碳氮化硼的表面沉积钻石。脉冲激光技术允许他们控制金刚石层的厚度。
纳拉扬说:“这一切都是在一个腔室中完成的，这使得整个过程更节省能源和时间。”“你只使用固态碳和氮化硼，而且它比传统技术更环保。”
研究人员还能够使用常规的化学气相沉积技术在碳氮化硼上沉积钻石，该技术利用甲烷气体、氢气和900°C的钨丝。
“化学气相沉积方法是有效的，但我们的脉冲激光沉积方法效果更好，不涉及有毒气体，而且可以在更低的温度下完成，”Narayan说。
纳拉扬与他人联合创办了一家名为Q-Carbon LLC的公司，该公司已经获得了这项技术的许可，并正在努力将其商业化，用于多种用途。
纸”,h-BN直接转化为c-BN和c-BN/金刚石外延异质结构的形成，发表在《美国参考》杂志上应用物理学报．该论文由北卡罗来纳州立大学博士生Anagh Bhaumik和北卡罗来纳州立大学博士后研究员徐伟总共同撰写。这项工作得到了国家科学基金1304067的资助。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
h-BN直接转化为c-BN和外延c-BN/金刚石异质结构的形成
作者: Jagdish Narayan, Anagh Bhaumik和Weizong Xu，北卡罗莱纳州立大学
发表: 5月9日,应用物理学报
DOI: 10.1063/1.4948688
文摘:我们利用纳秒激光脉冲，通过快速熔化和超过冷淬火，创造了一种新的氮化硼态(Q-BN)。液相纯c-BN可以由过冷液直接淬火或由Q-BN成核长大而形成。因此，采用纳秒脉冲激光熔化技术，在大气环境温度和大气压下，将六方氮化硼(h-BN)直接转化为相纯立方氮化硼(c-BN)。根据P-T相图，平衡过程中h-BN向c-BN的转变只有在高温高压下才能发生，根据最近的理论改进，hBN-cBN-Liquid的三相点为3500K/9.5GPa或3700K/7.0GPa。利用非平衡纳秒激光熔化，我们创造了超过冷状态，并将这一三相点移至低至2800K和气压。超过冷态的快速淬火导致新相Q-BN的形成。利用拉曼光谱、高分辨率扫描电子显微镜、电子背散射衍射、HRTEM和电子能量损失光谱对Q-BN和c-BN层进行了详细的表征，并讨论了蓝宝石衬底上纳米点、纳米针、微针和单晶c-BN的形成机理。我们还通过脉冲激光沉积碳在碳氮化硼上沉积金刚石，并创造了碳氮化硼/金刚石异质结构，其中碳氮化硼作为外延金刚石生长的模板。本文讨论了脉冲激光蒸发非晶碳晶格匹配下外延生长c-BN和金刚石的机理，以及这一发现对多种应用的影响。
