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.
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
Alle Bandstrukturrechnungen führen zu einer indirekten Lückenstruktur, wobei die Leitungsbandminima bei X. liegen
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
Nv ~= 5,0 x 1015 · T3/2 (cm-3)
könnte für alle Kristallmodifikationen von BN verwendet werden (siehe EffectiveMessen ).
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 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
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
Bemerkungen | referenceen | ||
Kristallstruktur | Zinkblende | ||
Symmetriegruppe | T2d – F43m | ||
Anzahl der Atome in 1 cm3 | |||
Debye-Temperatur | 1700 K | ||
Dichte | 3,4870 g cm-3 3.450 g cm-3 | Röntgen | Soma et al. (1974) Rumyantsev et al. (2001) |
Gitterkonstante, a | 3.6157(10)A | Röntgen | Sohno et al. (1974) |
Schmelzpunkt, Tm | 2973 °C | Wentorf (1957) | |
Massemodul | 400 GPa | 300.000 | |
Härte | 9.5 | auf der Mohs-Skala | |
Oberflächenhärte | 4500 kg mm-2 | 300.000 | |
Elastizitätsmodul zweiter Ordnung, c11 | 7.120 ·1012 dyn cm-2 | 300 K, interpoliert aus Messwerte anderer III-IV-Verbindung | Steigmeier (1963) |
Phonon-Wevennummer vLO | 1305(1) cm-1 | 300 K, Raman | Sanjurjo et al. (1983) |
Telefonnummer vTO | 1054,7(6) cm-1 | 300 K, Raman | Sanjurjo et al. (1983) |
Brillouin-Zone des flächenzentrierten kubischen Gitters, des Bravais-Gitters der Diamant- und Zinkblendestrukturen. |
Bemerkungen | referenceen | ||
Energielücken, zB | 6,1÷6,4 eV | 300 K | Rumyantsev et al. (2001) |
Energielücken, zBind G15v-X1c | 6.4(5)eV | 300 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 ml | 0,752 mo | berechnet 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) mh | 0,375 mo 0,962 mo | || [100] || [111] | Madelung (1991) |
Effektive Lochmassen (schwer) mlp | 0,150 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 X | 0,55mo | 300 K | Xu & Ching et al. (1991) |
in Richtung G L | m1 ~=0,36 m2 ~=1,20 | 300 K | Xu & Ching et al. (1991) |
Elektronenaffinität | 4,5 eV | 300 K | Rumyantsev et al. (2001) |
Bemerkungen | referenceen | ||
Dielektrizitätskonstante (statisch) | 7.1 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) |
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz) | 4.5 4.46 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) Rumyantsev et al. (2001) |
Brechungsindex, n | 2.17 | 300 K, Wellenlänge 0,589 mm | Gielisse et al. (1967) |
Optische Phononenenergie | ~130 meV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Massemodul | 400 GPa | ||
Debye-Temperatur | 1700 K | ||
Schmelzpunkt, Tm | 2973 °C | siehe 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 |
Bemerkungen | referenceen | ||
Trägerkonzentration und Mobilität: | |||
n µ | 1015 cm-3 0,2 cm2/Vs | 500 K, polykristallines Material, Trägertyp nicht bestimmt | Bam 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
Bemerkungen | referenceen | ||
Kristallstruktur | Sechseckig | ||
Symmetriegruppe | D6c-P63mmc | ||
Anzahl der Atome in 1 cm3 | |||
Debye-Temperatur | 400.000 | ||
Dichte | 2,18 g cm-3 2,0-2,28 g cm-3 | Madelung (1991) Rumyantsev et al. (2001) | |
Gitterkonstante, a | 2,5040 A 2,5-2,9 A | 297.000 300 K | Lynch et al. (1966) Rumyantsev et al. (2001) |
Gitterkonstante, c | 6,6612 A 6,66 A | 297.000 300 K | Lynch et al. (1966) Rumyantsev et al. (2001) |
Zersetzungstemperatur, Tdec | 2600(100) K | Thermochemische Tabellen von Janaf (1965) | |
Massemodul | 36,5 GPa | 300.000 | |
Härte | 1,5 | auf der Mohs-Skala | |
Phonon-Webnummer, v | 49 cm-1 | E2g, Zonenzentrum Raman-Modus | Hoffman 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. |
Bemerkungen | referenceen | ||
Energielücken, zB | 5.2(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 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) | |
Energielücken, zB dir | 7.1 eV | Schreiner & Kirby (1982) | |
Effektive Elektronenmasse ml in Richtung M G in Richtung M L | 0,26mo 2.21mo | 300.000 | Xu & 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 | 300.000 | Xu & Ching et al. (1991) |
Elektronenaffinität | 4,5 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Bemerkungen | referenceen | ||
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 | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) | |
Dielektrizitätskonstante (statisch) | 7.1 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) |
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz) | 4.5 4.46 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) Rumyantsev et al. (2001) |
Brechungsindex, n | 1,65 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-Temperatur | 400.000 | ||
Massemodul | 36,5 GPa | ||
Schmelzpunkt | siehe Termale Eigenschaften. Phasendiagramme. | ||
Zersetzungstemperatur, Tdec | 2600(100) K | Thermochemische 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
Kristallstruktur | Wurtzit | Zinkblende | Sechseckig |
Symmetriegruppe | C46v-P63mc | T2d-F43m | D6c-P63mmc |
Dichte | 3,4870 g cm-3 | 3.450 g cm-3 | 2,0–2,28 g cm-3 |
Bulk-Modul | 400 GPa | 400 GPa | 36,5 GPa |
Debye-Temperatur | 1400 K | 1700 K | 400 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 |
Dichte | 3,4870 g cm-3 | 3.450 g cm-3 | 2,0–2,28 g cm-3 |
Härte auf der Mohs-Skala | 9,5 | 1,5 | |
Oberflächenhärte | 3400 kg mm-2 | 4500 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-Brechungsindex | 2,05 | 2.1 | 1,8 |
Gitterkonstante, a | 2,55 A | 3,615 A | 2,5–2,9 A |
Gitterkonstante, c | 4,17 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 | 0,88mo | m1 ~=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 | ||
Elektronenaffinität | 4,5 eV | 4,5 eV | 4,5 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 |
Kristallstruktur | Wurtzit | Zinkblende | Sechseckig |
Energielücken, zB | 4,5–5,5 eV | 6,1...6,4 eV | 4,0...5,8 eV |
Leitungsband | |||
Energietrennung EG | 8,5 eV | 8,5–10 eV | 9 eV |
Energietrennung EM | 6,6 eV | ||
Energietrennung EL | >12 eV | ||
Energietrennung EA | 10 eV | ||
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen | 1,5x1019 cm-3 | 2,1x1019 cm-3 | |
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen | 2,6x1019 cm-3 | 2,6x1019 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 Zuständen | 2,6x1019 cm-3 | 2,6x1019 cm-3 |
Thermische Eigenschaften
Basisparameter
Zinkblende-Kristallstruktur
Wentorf (1957)Wärmeleitfähigkeit experimentell erreicht theoretisch geschätzt imitiertThermische Ausdehnung, linearBemerkungen | referenceen | ||
Bulk-Modul | 400 GPa | ||
Debye-Temperatur | 1700 K | ||
Schmelzpunkt, Tm | 2973° C | siehe 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
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
Kristallstruktur | Wurtzit | Zinkblende | Hexagonal |
Kompressionsmodul | 400 GPa | 400 GPa | 36,5 GPa |
Schmelzpunkt | siehe Phasendiagramme für BN. | ||
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
Bemerkungen | referenceen | ||
Energielücken, zB | 6,1...6,4 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Energielücken, zB ind G15v-X1c | 6.4(5)eV | 300 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) |
Elektronenaffinität | 4,5 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Leitungsband | |||
Energietrennung EG | 8,5–10 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Energietrennung EL | >12 eV | 300.000 | |
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen | 2,1·1019 cm-3 | 300.000 | |
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen | 2,6·1019 cm-3 | 300.000 |
Grundlegende Parameter für die hexagonale Kristallstruktur
Bemerkungen | referenceen | ||
Energielücken, zB | 5.2(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 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) | |
Energielücken, zB dir | 7.1 eV | Schreiner & Kirby (1982) | |
Elektronenaffinität | 4,5 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Bemerkungen | referenceen | ||
Leitungsband | |||
Energietrennung EG | 9 eV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Energietrennung EM | >12 eV | 300.000 | |
Energietrennung EL | 10 eV | 300.000 | |
Energietrennung EA | 10 eV | 300.000 | |
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen | 2,1x1019 cm-3 | 300.000 | |
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen | 2,1x1019 cm-3 | 300.000 |
Basisparameter für Wurtzit, Zinkblende & Hexagonale Kristallstruktur bei 300 K
Kristallstruktur | Wurtzit | Zinkblende | Sechseckig |
Energielücken, zB | 4,5–5,5 eV | 6,1...6,4 eV | 4,0...5,8 eV |
Leitungsband | |||
Energietrennung EG | 8,5 eV | 8,5–10 eV | 9 eV |
Energietrennung EM | 6,6 eV | ||
Energietrennung EL | >12 eV | ||
Energietrennung EA | 10 eV | ||
Effektive Leitungsbanddichte von Zuständen | 1,5x1019 cm-3 | 2,1x1019 cm-3 | |
Effektive Valenzbanddichte von Zuständen | 2,6x1019 cm-3 | 2,6x1019 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) |
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 ).Wurtzit | Nc ~= 4,82 x 1015 · (mcd/m0)3/2· T3/2 (cm-3) ~= 2,8 x 1015 x T3/2(cm -3) |
Zinkblende | Nc ~= 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 BN | dEg/dP = 3,0 meV/GPa | Kim et al. (1996) |
Wurtzit BN | dEg/dP = 3,8 meV/GPa | Kim et al. (1996) |
Effektive Massen und Zustandsdichte:
Elektronen
Wirksame Massen für Zinkblende BN
Die Oberfläche gleicher Energie sind Ellipsoide.Bemerkungen | referenceen | ||
Effektive Elektronenmasse ml | 0,752 mo | berechnet aus Bandstrukturdaten | Huang & Ching (1985) |
Effektive Elektronenmasse (längs) ml (quer) mt | 1,2mo 0,26 mo | Xu & 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
Bemerkungen | referenceen | ||
Wirkungve Elektronenmasse ml in Richtung M G in Richtung M L | 0,26mo 2,21 Mio. o | 300.000 | Xu & Ching et al. (1991) |
Effektive Massen für Wurtzit BN
Die Oberfläche gleicher Energie sind Ellipsoide.Bemerkungen | referenceen | ||
Effektive Elektronenmasse (längs) ml (quer) mt | 0,35mo 0,24mo | Xu & 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 | Bemerkungen | referenceen | |
Effektive Lochmassen (schwer) mh | 0,375 mo 0,962 mo | || [110] || [111] | Madelung (1991) |
Effektive Lochmassen (schwer) mlp | 0,150 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 X | 0,55mo | 300.000 | Xu & Ching et al. (1991) |
in Richtung G L | m1 ~= 0,36 mo m2 ~= 1,20 mo | 300.000 | Xu & Ching et al. (1991) |
Effektive Massen für hexagonales Kristall BN | Bemerkungen | referenceen | |
Effektive Lochmassen mh in Richtung K G in Richtung M G in Richtung M L | 0,47mo 0,50mo 1,33mo | 300.000 | Xu & Ching et al. (1991) |
Effektive Massen für Wurtzit BN | Bemerkungen | referenceen | |
Effektive Lochmassen mh in Richtung G K in Richtung G A in Richtung G M | 0,88mo 1,08mo 1,02mo | 300.000 | Xu & 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 Spendern | 0,7...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
Bemerkungen | referenceen | ||
Dielektrizitätskonstante (statisch) | 7.1 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) |
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz) | 4.5 4.46 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) Rumyantsev et al. (2001) |
Brechungsindex, n | 2.17 | 300 K, Wellenlänge 0,589 mm | Gielisse et al. (1967) |
Infrarot-Brechungsindex | ~=2.1 | 300 K, Infrarot | Rumyantsev et al. (2001) |
Optische Phononenenergie | ~130 meV | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) |
Hexagonale Kristallstruktur
Bemerkungen | referenceen | ||
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 | 300.000 | Rumyantsev et al. (2001) | |
Dielektrizitätskonstante (statisch) | 7.1 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) |
Dielektrizitätskonstante (Hochfrequenz) | 4.5 4.46 | 300 K, Infrarotreflexion | Gielisse et al. (1967) Rumyantsev et al. (2001) |
Brechungsindex, n | 1,65 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 | ~=1,8 | 300 K, Infrarot | Rumyantsevet 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
Kristallstruktur | Wurtzit | Zinkblende | Sechseckig |
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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