美国研发出金刚石/氮化硼晶体层可用于高功率器件

[据固体技术网站2016年5月10日报道] 美国北卡罗来纳州立大学的材料研究人员已经开发出一种对新技术，将金刚石沉积在立方体氮化硼表面（c-BN），结合成一个新的单晶体结构。

“这种材料可以用来制造大功率设备，如创建下一代智能电网所需的固态变压器，”，北卡州立大学材料科学与工程特聘讲席教授及本研究论文的主要作者Jay Narayan说。

“它也可以用来制造刀具、高速切削加工和深海钻井设备，”Narayan说。“金刚石很坚硬但也容易氧化成柔软的石墨。c-BN包覆层可以防止氧化。金刚石也与铁相互作用，使其难以用于钢工具。再次，c-BN会解决这个问题。”

c-BN是一种具有立方晶体结构的氮化硼（BN）。它与金刚石性能相似，但有几个优点：c-BN具有较高的带隙，这使其用于大功率器件极具吸引力；c-BN可以被“掺杂”，使其具有正、负电荷层，这意味着它可以被用来制造晶体管；当暴露在氧气中时，其表面形成稳定的氧化层，使它在高温条件下稳定。今年早些时候，Narayan公布了一种更快、更便宜的制造c-BN的技术。

研究人员首先创建c-BN基体，用来创建外延、或单晶的金刚石/c-BN结构。这使用了Narayan今年早些时候发布的新技术。然后利用脉冲激光沉积法在500℃和优化的大气压力下将金刚石沉积在c-BN表面。使用脉冲激光技术能够控制金刚石层的厚度。

“这在一个单腔室内便可完成所有工作，过程更加节能，更有时效性，”Narayan说。“只需使用固态碳和氮化硼即可，它比传统技术更环保。”

研究人员还能够利用传统的化学气相沉积技术将金刚石沉积在c-BN表面，但这需要利用甲烷气、氢气和900°C的钨灯丝。

“化学气相沉积的方法能够完成这些工作，但我们的脉冲激光沉积方法效果更好，不涉及有毒气体，可在较低的温度下完成。”Narayan说。

Narayan已经与人共同创立了一家公司，q-carbon有限责任公司。该公司拥有这项技术的授权，致力于将该技术在多个应用程序中实现商业化使用。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所）