Wurtzit-Bornitrid-Eigenschaften

Wurtzit-Bornitrid-Kristallstruktur im Vergleich mit Kristallstrukturen von Zinkblende und hexagonalem Bornitrid

Zusammenfassung

1. Die thermische Ausdehnung von Wurtzit-Bornitrid beträgt ca. 1,5 niedriger als der von hexagonalem Bornitrid. Dies bedeutet eine höhere Stabilität der Wurtzit-Bornitrid-Beschichtungsschicht bei hohen Temperaturen (<2000 °C = 3632 °F);
2. Die Wärmeleitfähigkeiten des Wurtzitkristalls parallel und senkrecht zur Achse sind identisch. Dies bedeutet eine höhere Stabilität der thermischen Eigenschaften im Vergleich zu anderen hitzebeständigen Materialien, einschließlich sechseckiger und kubischer Formen von Bornitrid (Zinkblende).
3. Wurtzit-Bornitrid hat eine größere Bandlücke, eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine größere spontane Polarisation, die ein Potenzial für die Herstellung fortschrittlicher elektronischer Geräte darstellen, z. B. in der Stammtechnik und der Entwicklung von Tief-UV-Strahlern.

Die Forschung

 Bornitrid
ist eine thermisch und chemisch beständige feuerfeste Verbindung aus Bor und Stickstoff mit der chemischen Formel BN. Es hat die folgenden 4 Kristallstrukturen: 

- BNw (Wurtzit-Struktur), ähnlich Lonsdaleit seltenes hexagonales Polymorph von Kohlenstoff aber etwas weicher als die kubische Form;
- BNcub (kubisches BN, Zinkblende-Struktur) , weicher als Diamant, aber seine thermische und chemische Stabilität ist überlegen;
- BNhex (hexagonales BN), das stabilste und weichste unter den BN-Polymorphen und wird daher als Schmiermittel und als Zusatz zu kosmetischen Produkten verwendet;
- rhombeedrisch.

Untersuchungen zu den Eigenschaften der ersten 3 Kristallstrukturen werden unten vorgestellt.

BNhex ist unter normalen Bedingungen stabil. BNhex (Sechskant, auch bekannt als a-BN) mit einer ähnlichen Struktur wie Graphit ist seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Viele Eigenschaften von hexagonalem BN sind stark anisotrop und hängen von der Wachstumsmethode ab. In vielen Fällen ist das anders die angegebenen Werte der physikalischen Parameter BNhex spiegeln die Unterschiede wider in Materialeigenschaften von hexagonalem BN, das durch verschiedene Methoden gewachsen wurde.

BNcub ist unter normalen Bedingungen metastabil. BNcub (Zink Blende-Modifikation , auch bekannt als Kubik- oder Sphalerit oder b-BN) wurde erstmals 1957 mit einer ähnlichen Technik wie Diamant synthetisiert Wachstum. Jetzt Pulver aus kubischem Bornitrid sind im Handel erhältlich.

Die BNw-Phase ist unter allen Bedingungen metastabil. BNw (Wurtzit-Struktur, auch bekannt als g-BN) war die erste 1963 synthetisiert. Typischerweise sind BN-Kristalle mit Wurtzit-Symmetrie sehr klein (Bruchteil von Mikrometern), sind hochdefekt und enthalten andere Phasen.
   BNw (Wurtzit-Bornitrid) und BNcub (kubisches Bornitrid)  haben eine ähnliche Bindungslänge, Elastizitätsmodule, ideale Zug- und Scherfestigkeit ,  was darauf hindeutet, dass die beiden ähnliche Einzugsstärken aufweisen würden, etwa 50 GPa; Diamant hat 70–150 GPa.
   Traditionell wird Wurtzit-Bornitrid (BNw) durch Umwandlung von hexagonalem Bornitrid (BNhex), dem stabilsten Kristall, hergestellt Form von Bornitrid. Sie können Wurtzit-Bornitrid-Pulver kaufen, das durch Stoßkompression (Explosion) von hexagonalem Bornitrid gewonnen wird  hier.  
  Wurtzit-Bornitrid ist ein vielversprechendes III-V-Breitband -Gap-Material für fortschrittliche elektronische Geräte, da es viele Eigenschaften aufweist, die Galliumnitrid (GaN) und Aluminiumnitrid (AlN) überlegen sind, wie z. B. eine breitere Bandlücke, höhere Wärmeleitfähigkeit und größere spontane Polarisation.

Grundlegende Parameter für die kubische/Zinkblende-Kristallstruktur

  Bemerkungenreferenceen
KristallstrukturZinkblende  
SymmetriegruppeT2d – F43m  
Anzahl der Atome in 1 cm3  
Debye-Temperatur1700 K  
Dichte3,4870 g cm-3
3.450 g cm-3
Röntgen
Soma et al. (1974)
Rumyantsev et al. (2001)
Gitterkonstante, a3.6157(10)A RöntgenSohno et al. (1974)
Schmelzpunkt, Tm2973 °CWentorf (1957)
Massemodul400 GPa300.000 
Härte9.5auf der Mohs-Skala 
Oberflächenhärte4500 kg mm-2300.000 
Elastizitätsmodul zweiter Ordnung, c117.120 ·1012 dyn cm-2300 K, interpoliert aus
Messwerte anderer
III-IV-Verbindung
Steigmeier (1963)
Phonon-Wevennummer vLO1305(1) cm-1300 K, RamanSanjurjo et al. (1983)
Telefonnummer vTO1054,7(6) cm-1300 K, RamanSanjurjo et al. (1983)

Brillouin-Zone des flächenzentrierten kubischen Gitters, des Bravais-Gitters der Diamant- und Zinkblendestrukturen.

  Bemerkungenreferenceen
Energielücken, zB
6,1÷6,4 eV300 KRumyantsev et al. (2001)
Energielücken, zBind
G15v-X1c
6.4(5)eV300 K, UV-Absorption;
andere Daten im Bereich 6...8eV
Chrenko (1974)
 6,99 eV
8,6 eV
berechnet, Bandstruktur
berechnet, Bandstruktur
Huang & Ching (1985)
Prasad & Dubey (1984)
Energielücken, zB,dir
G15v-G1c
14,5 eV
10,86 eV
9,94 eV
300 K, Reflexionsvermögen
berechnet, Bandstruktur
berechnet, Bandstruktur
Philipp & Taft (1962)
Prasad & Dubey (1984)
Huang & Ching (1985)
Effektive Elektronenmasse  ml0,752 moberechnet aus
Bandstrukturdaten
Huang & Ching (1985)
Effektive Elektronenmasse
(längs) ml
(quer) mt
0,35mo
0,24 mo
1,2mo
0,26 mo
Xu & Ching et al. (1991)
Effektive Lochmassen (schwer) mh0,375 mo
0,962 mo
|| [100]
|| [111]
Madelung (1991)
Effektive Lochmassen (schwer) mlp0,150 mo
0,108 mo
|| [100]
|| [111]
Madelung (1991)
Effektive Lochmassen mh
in Richtung G  K
m1 ~=3,16
m2 ~=0,64
m3 ~=0,44
300 K Xu & Chinget Al. (1991)
     in Richtung G  X0,55mo300 KXu & Ching et al. (1991)
     in Richtung G  Lm1 ~=0,36
m2 ~=1,20
300 KXu & Ching et al. (1991)
Elektronenaffinität4,5 eV300 KRumyantsev et al. (2001)


  Bemerkungenreferenceen
Dielektrizitätskonstante (statisch)7.1300 K, InfrarotreflexionGielisse et al. (1967)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.5
4.46
300 K, Infrarotreflexion Gielisse et al. (1967)
Rumyantsev et al. (2001)
Brechungsindex, n2.17 300 K,
Wellenlänge 0,589 mm
Gielisse et al. (1967)
Optische Phononenenergie~130 meV300.000
Rumyantsev et al. (2001)
Massemodul400 GPa  
Debye-Temperatur1700 K  
Schmelzpunkt, Tm2973 °Csiehe auch Thermische Eigenschaften.
Phasendiagramme.
Wentorf (1957)
Spezifische Wärme~0,6 J g-1°C -1  
Wärmeleitfähigkeit
experimentell erreicht
7,4 W cm-1 °C -1
  
    theoretisch geschätzt~13 W cm-1 °C -1  
Thermische Ausdehnung, linear
1,2·10-6 °C -1  


  Bemerkungenreferenceen
Trägerkonzentration
und Mobilität:
   
n
µ
1015 cm-3
0,2 cm2/Vs
500 K, polykristallines Material, Trägertyp nicht bestimmtBam et al. (1976)
n
µ
1014 cm-3
4 cm2/Vs
900 K, die Mobilität steigt exponentiell mit steigender Temperatur dazwischen 500 K und  Bam et al. (1976)


Grundlegende Parameter für die hexagonale Kristallstruktur

  Bemerkungenreferenceen
KristallstrukturSechseckig  
SymmetriegruppeD6c-P63mmc  
Anzahl der Atome in 1 cm3  
Debye-Temperatur400.000  
Dichte2,18 g cm-3
2,0-2,28 g cm-3
 Madelung (1991)
Rumyantsev et al. (2001)
Gitterkonstante, a2,5040 A
2,5-2,9 A
297.000
300 K
Lynch et al. (1966)
Rumyantsev et al. (2001)
Gitterkonstante, c6,6612 A
6,66 A
297.000
300 K
Lynch et al. (1966)
Rumyantsev et al. (2001)
Zersetzungstemperatur, Tdec2600(100) KThermochemische
Tabellen von Janaf (1965)
Massemodul36,5 GPa300.000 
Härte1,5auf der Mohs-Skala 
Phonon-Webnummer, v49 cm-1
E2g, Zonenzentrum Raman-ModusHoffman et al. (1966)
770 cm-1
A2u, infrarotaktiver Modus 
1367 cm-1
E2g, Zonenzentrum Raman-Modus 
1383 cm-1
E1u, infrarotaktiver Modus 

Brillouin-Zone des hexagonalen Gitters.

  Bemerkungenreferenceen
Energielücken, zB5.2(2)eV
3,2...5,8 eV
300 K, Reflexion
Reihe experimenteller Daten
Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands
Hoffmann et al. (1984)
 4,0...5,8 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Energielücken, zB dir7.1 eV
 Schreiner & Kirby (1982)
Effektive Elektronenmasse ml
in Richtung M G
in Richtung M L
0,26mo
2.21mo
300.000Xu & Ching et al. (1991)
Effektive Lochmassen mh
in Richtung K G
in Richtung M G
in Richtung M L
0,47mo
0,50mo
1.33mo
300.000Xu & Ching et al. (1991)
Elektronenaffinität4,5 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)


  Bemerkungenreferenceen
Dielektrizitätskonstante (statisch) =5,06
=6,85
|| zur c-Achse
_ zur c-Achse
Geick et al. (1966)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.10
4,95
parallel zur c-Achse
senkrecht zur c-Achse
für 300K;
siehe auch Optische Eigenschaften.
Dielektrische Funktionen
Geick et al. (1966)
  = 2.2;
=4.3
300.000Rumyantsev et al. (2001)
Dielektrizitätskonstante (statisch)7.1300 K, InfrarotreflexionGielisse et al. (1967)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.5
4.46
300 K, Infrarotreflexion Gielisse et al. (1967)
Rumyantsev et al. (2001)
Brechungsindex, n1,65
1,65
2.13
BN-Film
senkrecht zur c-Achse
parallel zur c-Achse
Takahashi et al. (1981)
Ishii et al. (1983)
Ishii et al. (1983)
Debye-Temperatur400.000  
Massemodul36,5 GPa  
Schmelzpunkt siehe Termale Eigenschaften.
Phasendiagramme.
 
Zersetzungstemperatur, Tdec2600(100) KThermochemische Tabellen von Janaf (1965)
Spezifische Wärme~0,8 J g-1°C -1  
Wärmeleitfähigkeit
   parallel zur c-Achse
senkrecht zur c-Achse
=<0,3 W cm-1 °C -1
=<6 W cm-1 °C -1
 Rumyantsev et al. (2001)
Thermische Ausdehnung, linear
parallel zur c-Achse
senkrecht zur c-Achse
38·10-6 °C -1
-2,7·10-6 °C -1
  


Grundlegende Parameter für Wurtzit, Zinkblende & Hexagonale Kristallstruktur bei 300 K

KristallstrukturWurtzitZinkblendeSechseckig
SymmetriegruppeC46v-P63mcT2d-F43mD6c-P63mmc
Dichte3,4870 g cm-33.450 g cm-32,0–2,28 g cm-3
Bulk-Modul400 GPa400 GPa36,5 GPa
Debye-Temperatur1400 K1700 K400 K
Schmelzpunkt 
siehe Thermische Eigenschaften.
Phasendiagramme.
Spezifische Hitze~0,75 J g-1°C -1~0,6 J g-1°C -1~0,8 J g-1°C -1
Dichte3,4870 g cm-33.450 g cm-32,0–2,28 g cm-3
Härte auf der Mohs-Skala 9,51,5
Oberflächenhärte3400 kg mm-24500 kg mm-2 
Dielektrizitätskonstante (statisch)=6.8 ; =5,1 7.1=6.85 ; =5,06 
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz) ~= = 4,2–4,5 4,46=4.3; = 2,2
Infrarot-Brechungsindex2,052.11,8
Gitterkonstante, a2,55 A 3,615 A 2,5–2,9 A 
Gitterkonstante, c4,17 A 6,66
Effektive Elektronenmasse
(längs) ml
(quer) mt
0.35mo
0,24 mo
1.2mo
0,26 mo
     (in Richtung M G)
(in Richtung M L)
0,26mo
2,21 Mio. o
Effektive Lochmassen mh
in Richtung G  K
0,88mom1 ~=3,16
m2 ~=0,64
m3 ~=0,44
 
     in Richtung G  A
in Richtung G  M
1.08mo
1.02mo
  
     in Richtung G  X 0,55mo 
     in Richtung G  L m1 ~=0,36
m2 ~=1,20
 
     in Richtung K G
in Richtung M G
in Richtung M L
  0,47mo
0,50mo
1.33mo
Effektive Lochmassen der Zustandsdichte mv~=1.0mo  
Elektronenaffinität4,5 eV4,5 eV4,5 eV
Wärmeleitfähigkeit
experimentell erreicht
theoretisch geschätzt
 7,4 W cm-1 °C -1
~13 W cm-1 °C -1
 
    parallel zur C-Achse
senkrecht zur c-Achse
  =<0,3 W cm-1 °C -1
=<6 W cm-1 °C -1
Thermische Ausdehnung, linear
 1,2·10-6 °C -1 
Thermische Ausdehnung, linear
parallel zur c-Achse
senkrecht zur c-Achse
2,7·10-6 °C -1
2,3·10-6 °C -1
 38·10-6 °C -1
-2,7·10-6 °C -1
Optische Phononenenergie~130 meV~130 meV


KristallstrukturWurtzitZinkblendeSechseckig
Energielücken, zB4,5–5,5 eV6,1...6,4 eV4,0...5,8 eV
Leitungsband   
Energietrennung EG 8,5 eV8,5–10 eV9 eV
Energietrennung EM6,6 eV  
Energietrennung EL >12 eV 
Energietrennung EA  10 eV
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen1,5x1019 cm-32,1x1019 cm-3 
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen2,6x1019 cm-32,6x1019 cm-3 
Aufschlüsselungsfeld (2...6)x 106 V cm-1(1...3)x 106 V cm-1
Mobilitätselektronen =<200 cm2 V-1 s-1 
Mobilitätslöcher =<500 cm2 V-1 s-1 
Diffusionskoeffizientenelektronen =<5 cm2 s-1 
Diffusionskoeffizientenlöcher =<12 cm2 s-1 
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen2,6x1019 cm-32,6x1019 cm-3 


Thermische Eigenschaften


Basisparameter

Zinkblende-Kristallstruktur
Wentorf (1957)Wärmeleitfähigkeit     experimentell erreicht     theoretisch geschätzt imitiertThermische Ausdehnung, linear
  Bemerkungenreferenceen
Bulk-Modul400 GPa  
Debye-Temperatur1700 K  
Schmelzpunkt, Tm2973° Csiehe auch Phasendiagramme für BN.
Spezifische Wärme~0,6 J g-1°C -1  
7,4 W cm-1 °C -1
~13 W cm-1 °C -1
  
1,2·10-6 °C -1 

Thermische Eigenschaften für hexagonale Kristallstruktur

 
 BemerkungenreferenceenDebye-Temperatur400 K  Druckmodul36,5 GPa  Schmelzpunkt siehe Phasendiagramme für BN.Solozhenko (1994) und Solozhenko; et al. (1998) Zersetzungstemperatur, Tdec2600(100) KThermochemische Tabellen von Janaf (1965)Spezifisch Hitze~0,8 J g-1°C -1  Wärmeleitfähigkeit
parallel zur c-Achse
    senkrecht zur c-Achse=<0,3 W cm-1 °C -1
=<6 W cm-1 °C -1 Rumyantsev et al. (2001)Thermische Ausdehnung, linear
    parallel zur c-Achse
    senkrecht zur c-Achse</td >38·10-6 °C -1
-2,7·10-6 °C - 1  

Wurtzit, Zinkblende & Hexagonale Kristallstruktur bei 300 K

KristallstrukturWurtzitZinkblendeHexagonal
Kompressionsmodul400 GPa400 GPa36,5 GPa
Schmelzpunkt 
Spezifische Wärme~0,75 J g-1°C -1~0,6 J g-1°C - 1~0,8 J g-1°C -1
Wärmeleitfähigkeit
    experimentell erreicht
    theoretisch geschätzt
 7,4 W cm-1 °C -1
~13 W cm-1 °C -1
 
    parallel zur c-Achse
    senkrecht zur c-Achse
  <0,3 W cm -1 °C -1
<6 W cm-1 °C -1
Wärmeausdehnung, linear 1,2·10-6 °C -1 
Thermische Ausdehnung, linear
    parallel zur c-Achse
    senkrecht zur c-Achse
2,7·10-6 °C -1
2,3·10-6 °C -1
 38·10-6 °C -1
-2,7·10-6 °C -1

Wärmeleitfähigkeit

BN, Zinkblende. Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit für verschiedene Proben.
Slack (1973), Makedon et al. (1972)
BN, Zinkblende. Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von undotiertem und Se-dotiertem vor und nach Tempern bei 900-1000 K.
1- undotiertes Zinkblende BN;
2-4 - Se dotierte Zinkblende BN
Selenkonzentration:
  2 -- 2,4 x 1018 cm-3, vorher Glühen;
  3 -- 2,4 x 1018 cm-3, getempert;
  4 -- 1019 cm-3, getempert
Shipilo et al. (1986)


Die höchste erreichte Wärmeleitfähigkeit für Einkristall-Zinkblende BN beträgt 7,4 W cm7,4 W cm -1 K-1 [Novikov et al. (1983)].

BN, Sechskant . Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur c -Achse gegen Temperatur von drei Proben, die bei unterschiedlichen Temperaturen abgeschieden wurden.
Duclaux et al. (1992)
BN, Sechskant. Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur c -Achse gegen Temperatur von stark orientierten Proben.
Sichel et al. (1976)

BN, sechseckig. Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur c -Achse als Funktion der Temperatur für zwei Proben.
Simpson & Stuckes (1971)

BN, Hexagonal. Wärmeleitfähigkeit parallel zur c-Achse als Funktion der Temperatur für zwei Proben.
Simpson & Stuckes (1971)

Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme

Wurtzit BN Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme.

BN, Wurtzit. Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme.
Gorbunov et al (1988); siehe auch Sirota & Kofman (1976) und Inaba & Yoshiasa (1997).
Die Abnormalität mit dem Extremum bei 21 K wird durch das Vorhandensein des geordneten Punktdefektsystems im Gitter für zwei verursacht Beispiele. Solozhenko (1994)

Bei 420 K < T < 980 K ist die spezifische Wärme Cp von Wurtzi te BN kann angenähert werden als
Cp= 48,35x (T2 ·(T2- 8,37xT+ 68306)-1)2 (J/Kmol) Solozhenko (1994).

Zinkblende BN . Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme.

BN, Zinkblende. Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme bei tiefen Temperaturen (Einkristall).
Solozhenko et al. (1987); siehe auch Sirota & Kofman (1976).

BN, Zinkblende. Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme bei hohen Temperaturen nach verschiedenen Autoren.
Lyusternik und Solozhenko (1992).

Bei 300 < T < 1100 K, die spezifische Wärme Cp von Zinc Blende BN kann angenähert werden als
Cp= 48,4x (T2 · (T2- 9,71xT+ 60590)-1)2 (J/Kmol) Ljusternik und Solozhenko (1992).

Hexagonal BN . Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme.

BN, sechseckig. Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme.
Gorbunov et al. (1988); siehe auch Sichel et al. (1976)

Bei 1300 < T < 2200 K, die spezifische Wärme Cp von kann angenähert werden als
Cp= 52,48 - 9,42·10-4 xT - 64877 x T-2 (J/Kmol) Solozhenko (1994).


Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient.

BN, Wurtzit. Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient parallel (Kurve 1) und senkrecht (Kurve 2) zur c-Achse.
Kolupayeva et al. (1986).
BN, sechseckig. Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient.
Slack & Bartram (1975).
BN, Zink Blende. Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
Obere Kurve, in einer Richtung parallel zur c -Achse; untere Kurve, in einer Richtung senkrecht zur c -Achse.
Yates et al. (1975). Siehe auch Belenkii et al. (1985).

Wärmeausdehnung bei unterschiedlichem Druck

BN, Sechskant. Wärmeausdehnung bei unterschiedlichem Druck:
Kreise, 1,6 GPa; Quadrate, 5,0 GPa; Dreiecke, 7,1 GPa. Durchgezogene und offene Symbole werden für die Richtungen parallel bzw. senkrecht zur c -Achse verwendet.
Solozhenko & Peun (1997).

Phasendiagramme

Phasendiagramme für BN.
1, Bundy-Wentorfs Diagramm; 2, Gleichgewichtsdiagramm; , h-BN <=> c-BN Grenzlinie.
Solozhenko (1994)
Gleichgewichtsphasendiagramm von BN.
1 ist ein flüssiger Tripelpunkt aus Hexagonalzinkblende BN; 2 ist hexagonaler Wurtzit BN flüssiger metastabiler Tripelpunkt;
a) Linie des metastabilen Hexagonal-Wurtzit-BN-Gleichgewichts; b) metastabiler Strahl der hexagonalen BN-Schmelzkurve; c) Linie des metastabilen Schmelzens von Wurtzit BN .
Solozhenko et al. (1998)

Bandstruktur und Trägerkonzentration


Alle Bandstrukturrechnungen führen zu einer indirekten Lückenstruktur, wobei die Leitungsbandminima bei X. liegen

Grundlegende Parameter für die Zinkblende-Kristallstruktur

  Bemerkungenreferenceen
Energielücken, zB
6,1...6,4 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Energielücken, zB ind
G15v-X1c
6.4(5)eV300 K, UV-Absorption;
andere Daten im Bereich 6...8eV
Chrenko (1974)
 6,99 eV
8,6 eV
berechnete, Bandstruktur
berechnet, Bandstruktur
Huang & Ching (1985)
Prasad & Dubey (1984)
Energielücken, zB dir
G15v-G1c
14,5 eV
10,86 eV
9,94 eV
300 K, Reflexionsvermögen
berechnet, Bandstruktur
berechnet, Bandstruktur
Philipp & Taft (1962)
Prasad & Dubey (1984)
Huang & Ching (1985)
Elektronenaffinität4,5 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Leitungsband   
Energietrennung EG 8,5–10 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Energietrennung EL>12 eV300.000 
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen2,1·1019 cm-3300.000 
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen2,6·1019 cm-3300.000 

Grundlegende Parameter für die hexagonale Kristallstruktur

  Bemerkungenreferenceen
Energielücken, zB5.2(2)eV
3,2...5,8 eV
300 K, Reflexion
Reihe experimenteller Daten
Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands
Hoffmann et al. (1984)
 4,0...5,8 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Energielücken, zB dir7.1 eV
 Schreiner & Kirby (1982)
Elektronenaffinität4,5 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
  Bemerkungenreferenceen
Leitungsband   
Energietrennung EG 9 eV300.000Rumyantsev et al. (2001)
Energietrennung EM>12 eV300.000 
Energietrennung EL10 eV300.000 
Energietrennung EA10 eV300.000 
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen2,1x1019 cm-3300.000 
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen2,1x1019 cm-3300.000 

Basisparameter für Wurtzit, Zinkblende & Hexagonale Kristallstruktur bei 300 K

KristallstrukturWurtzitZinkblendeSechseckig
Energielücken, zB4,5–5,5 eV6,1...6,4 eV4,0...5,8 eV
Leitungsband   
Energietrennung EG 8,5 eV8,5–10 eV9 eV
Energietrennung EM6,6 eV  
Energietrennung EL >12 eV 
Energietrennung EA  10 eV
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen1,5x1019 cm-32,1x1019 cm-3 
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen2,6x1019 cm-32,6x1019 cm-3 

 


Bandstruktur für Zinkblende BN

BN, kubisch. Bandstruktur berechnet mit der LCAO-Methode, inkl Ionizität und Anpassung der APW-Ergebnisse an hohen Symmetriepunkten.
Prasad & Dubey (1984)
BN, kubisch. Bandstruktur berechnet mit der LCAO-Methode, ab Intio-Berechnung.
Hoffmann et al. (1984)
BN, Zinkblende (kubisch). Bandstruktur. Wichtige Minima der Leitungsband und Maxima des Valenzbandes.
300.000; zB = 6,1–6,4 eV; Ep = 8,5–10 eV; EL > 12 eV
Einzelheiten siehe Rodriguez-Hernandez et al. (1995) und Ferhatet al. (1998)

Brillouin-Zone des flächenzentrierten kubischen Gitters, die Bravais Gitter der Diamant- und Zinkblendestrukturen.

Bandstruktur für Hexagonal BN

BN, hexagonal (graphitartig). Bandstruktur. Wichtige Minima des Leitungsbandes und Maxima des Valenzbandes. Die Energielücken dazwischen die Spitze des Valenzbandes und H-, M-, K- und L-Täler der Leitung Band sind in der gleichen Größenordnung. Die Energien des Valenzbandes Maxima sind in den Punkten K, H und M der Brillouin-Zone sehr nahe.
300.000; E g = 4,0–5,8 eV; EA= 10 eV; EG = 9 eV
Einzelheiten siehe Yong-Nian Xu und Ching (1991), Zunger al. (1976) und Taylor und Clarke (1997)
BN, Hexagonal (graphitartig). Bandstruktur berechnet mit der Tight-Binding-Methode. Hoffmann et al. (1984)
Eine Bandstrukturberechnung [Catellani et al. (1984)]unter Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen den Schichten schlägt eine indirekte Lücke von 3,9 eV vorzwischen einem Valenzbandmaximum bei H und einem Leitungsbandminimum bei M ebenfallsals zusätzliche Zwischenschicht-Leitbänder mit Minimum in der Zonenmitte
Brillouin-Zone des hexagonalen Gitters.

Bandstruktur für Wurtzit BN

BN, Wurtzit. Bandstruktur. Wichtige Minima der Leitung Band und Maxima des Valenzbandes.
300.000; E g = 4,5–5,5 eV; EM= 6,6 eV; EG = 8,5 eV
Einzelheiten siehe Christersen und Gorczyca (1994) und Yong-Nian Xu und Ching(1991).



Effektive Zustandsdichte im Leitungsband, Nc

Für die Werte der effektiven Elektronenmassen sind nur die berechneten Daten verfügbarfür alle Arten von BN-Kristallen (siehe Effektive Massen ).
WurtzitNc ~= 4,82 x 1015 · (mcd/m0)3/2· T3/2 (cm-3) ~= 2,8 x 1015 x T3/2(cm -3)
ZinkblendeNc ~= 4,82 x 1015 · (mcd/m0)3/2· T3/2 (cm-3) ~= 4,1 x 1015 x T3/2(cm -3)

Effektive Zustandsdichte im Valenzband, Nv

Nur die berechneten Daten, die für die Werte der effektiven Lochmassen für verfügbar sindalle Arten von BN-Kristallen. Diese Berechnungen sind ziemlich ungenau. Als RohölSchätzung, die effektive Zustandsdichte im Valenzband, Nv:
Nv ~= 5,0 x 1015 · T3/2 (cm-3)
könnte für alle Kristallmodifikationen von BN verwendet werden (siehe EffectiveMessen ).

Abhängigkeit vom hydrostatischen Druck

Druckabhängigkeit der Energielücke von Zinkblende BN.
(Onodera et al., 1993)

 referenceen
Zinkblende BNdEg/dP = 3,0 meV/GPaKim et al. (1996)
Wurtzit BNdEg/dP = 3,8 meV/GPaKim et al. (1996)

Effektive Massen und Zustandsdichte:

Elektronen

Wirksame Massen für Zinkblende BN
Die Oberfläche gleicher Energie sind Ellipsoide.
  Bemerkungenreferenceen
Effektive Elektronenmasse  ml0,752 moberechnet aus
Bandstrukturdaten
Huang & Ching (1985)
Effektive Elektronenmasse
(längs) ml
(quer) mt
1,2mo
0,26 mo
 Xu & Ching et al. (1991)
Effektive Masse der Zustandsdichte in einem Tal des Leitungsbandes [Xu&Ampere; Ching et al. (1991)]
mc=(ml·mt2)1/3=0,43mo
Effektive Leitfähigkeitsmasse [Xu & Chinget al. (1991)] : mcc=3(1/ml+ 2/mt)-1~= 0,35 Mio.o
Effektive Masse der Zustandsdichte für alle Täler des Leitungsbandes [Xu&Ampere; Ching et al. (1991)]: mcd ~= 0.9mo
Effektive Massen für hexagonales Kristall-BN
  Bemerkungenreferenceen
Wirkungve Elektronenmasse ml
in Richtung M G
in Richtung M L
0,26mo
2,21 Mio. o
300.000Xu & Ching et al. (1991)
Effektive Massen für Wurtzit BN
Die Oberfläche gleicher Energie sind Ellipsoide.
  Bemerkungenreferenceen
Effektive Elektronenmasse
(längs) ml
(quer) mt
0,35mo
0,24mo
 Xu & Ching et al. (1991)
Effektive Masse der Zustandsdichte in einem Tal des Leitungsbandes [Xu&Ampere; Ching et al. (1991)]
mc=(ml·mt2)1/3=0,27mo
Effektive Leitfähigkeitsmasse [Xu & Ching et al.(1991)] : mcc~=3(1/ml+ 2/mt)-1~= 0,27 Mio.o
Effektive Masse der Zustandsdichte für alle Täler des Leitungsbandes [Xu&Ampere; Ching et al. (1991)]: mcd~=0.7mo

Löcher

Wirksame Massen für Zinkblende BN Bemerkungenreferenceen
Effektive Lochmassen (schwer) mh0,375 mo
0,962 mo
|| [110]
|| [111]
Madelung (1991)
Effektive Lochmassen (schwer) mlp0,150 mo
0,108 mo
|| [110]
|| [111]
Madelung (1991)
Effektive Lochmassen mh
in Richtung G  K
m1 ~= 3,16 mo
m2 ~= 0,64 mo
m3 ~= 0,44 mo
300.000 Xu & Chinget Al. (1991)
     in Richtung G X0,55mo300.000Xu & Ching et al. (1991)
     in Richtung G Lm1 ~= 0,36 mo
m2 ~= 1,20 mo
300.000Xu & Ching et al. (1991)

Effektive Massen für hexagonales Kristall BN  Bemerkungenreferenceen
Effektive Lochmassen mh
in Richtung K G
in Richtung M G
in Richtung M L
0,47mo
0,50mo
1,33mo
300.000Xu & Ching et al. (1991)

Effektive Massen für Wurtzit BN  Bemerkungenreferenceen
Effektive Lochmassen mh
in Richtung G K
in Richtung G A
in Richtung G M
0,88mo
1,08mo
1,02mo
300.000Xu & Ching et al. (1991)

Geber und Akzeptanten

Zinkblende (kubisch) BN:

Ionisationsenergien von Spendern  Si 
C
S
0,24 eV
0,28-0,41 eV
0,05 eV
Wentorf (1957), Mishima et al. (1987), Taniguchi et al. (1993), Gubanov et al. (1997)
Ionisationsenergien des Akzeptors  Sei
0,19 eV
Wentorf (1957), Mishima et al. (1987), Taniguchi et al. (1993), Gubanov et al. (1997)

Hexagonales (graphitartiges) BN:

Ionisationsenergien von Spendern0,7...1,5 eV
Wentorf (1957), Mishima et al. (1987), Taniguchi et al. (1993), Gubanov et al. (1997)
Ionisationsenergien des Akzeptors=< 1,5 eV
Wentorf (1957), Mishima et al. (1987), Taniguchi et al. (1993), Gubanov et al. (1997)

Optische Eigenschaften


Zinkblende-Kristallstruktur
  Bemerkungenreferenceen
Dielektrizitätskonstante (statisch)7.1300 K, InfrarotreflexionGielisse et al. (1967)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.5
4.46
300 K, Infrarotreflexion Gielisse et al. (1967)
Rumyantsev et al. (2001)
Brechungsindex, n2.17300 K, Wellenlänge 0,589 mmGielisse et al. (1967)
Infrarot-Brechungsindex~=2.1300 K, InfrarotRumyantsev et al. (2001)
Optische Phononenenergie~130 meV300.000
Rumyantsev et al. (2001)

Hexagonale Kristallstruktur
  Bemerkungenreferenceen
Dielektrizitätskonstante (statisch) =5,06
=6,85
|| zur c-Achse
 perp. zur c-Achse
Geick et al. (1966)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.10
4,95
parallel zur c-Achse
senkrecht zur c-Achse
für 300K;
siehe auchDielektrische Funktionen
Geick et al. (1966)
  = 2.2;
=4.3
300.000Rumyantsev et al. (2001)
Dielektrizitätskonstante (statisch)7.1300 K, InfrarotreflexionGielisse et al. (1967)
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz)4.5
4.46
300 K, Infrarotreflexion Gielisse et al. (1967)
Rumyantsev et al. (2001)
Brechungsindex, n1,65
1,65
2.13
BN-Film
senkrecht zur c-Achse
parallel zur c-Achse
Takahashi et al. (1981)
Ishii et al. (1983)
Ishii et al. (1983)
Infrarot-Brechungsindex~=1,8300 K, InfrarotRumyantsevet al. (2001)
 BN, sechseckig. Gewöhnliche und außerordentliche dielektrische Funktionen e2 vs. Wellenlänge und Photonenenergie im Bereich 13---30eV (b).
Mamy et al. (1983)

Wurtzit, Zinkblende & Hexagonale Kristallstruktur bei 300 K
KristallstrukturWurtzitZinkblendeSechseckig
Infrarot-Brechungsindex~=2,05~=2.1~=1,8

Optische Eigenschaften von Wurtzit, Zinkblende & Sechseckiger Kristall

BN, hexagonal. Gewöhnliche und außerordentliche dielektrische Funktionen e2 vs. Wellenlänge und Photonenenergie im Bereich 5--9eV
Mamy et al. (1981)
BN, hexagonal. Gewöhnliche und außerordentliche dielektrische Funktionen e2 vs. Wellenlänge und Photonenenergie im Bereich 13--30eV
Mamy et al. (1981)
BN, Zinkblende. Brechungsindex n gegen Photonenenergie
Miyata et al. (1989)
BN. Brechungsindex n versus Wellenzahl.
1 -- Zinkblende
2 -- Sechskant BN.
Stenzel et al. (1996)
BN, Wurtzit. Reflexion R als Funktion der Photonenenergie für zwei Proben.
1.500oC geglüht;
2, 100o C geglüht (Pulver im Nanomaßstab verdichtet in dichter Feststoff unter hohem Druck).
Yixi et al. (1994)
BN, Zinkblende. Reflexion R als Funktion der Photonenenergie.
Miyata et al. (1989)
BN, sechseckig. Reflexionsgrad R als Funktion der Wellenlänge .
Zunger et al. (1976)
BN, sechseckig. Reflexionsgrad R als Funktion der Wellenlänge .
Hoffman et al. (1984)
BN, Wurtzit. Der Absorptionskoeffizient als Funktion der Photonenenergie für zwei Proben.
1.500oC geglüht;
2, 100oC geglüht (Pulver im Nanomaßstab verdichtet in dichter Feststoff unter hohem Druck).
Yixi et al. (1994)
BN, Zinkblende. Der Absorptionskoeffizient gegenüber der Photonenenergie.
Miyata et al. (1989)
BN, Zinkblende. Der Absorptionskoeffizient gegenüber der Photonenenergie bei unterschiedlichen hydrostatischen Drücken. Die durch Pfeile dargestellten Energien sind definiert als indirekte Bandlücken.
Onodera et al. (1993)
BN, Zinc Blende. Der Absorptionskoeffizient gegenüber der Wellenzahl in das Infrarot.
Chrenko et al. (1974)
BN, sechseckig. Der Absorptionskoeffizient gegenüber der Wellenlänge. 300.000.
Zunger et al. (1976)
BN, sechseckig. Der Absorptionskoeffizient gegenüber der Wellenlänge at 4,2 K und 600 K.
Zunger et al. (1976)



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