立方砷化硼晶体生长、性能及应用研究进展

立方砷化硼(c-BAs)是一种间接带隙、闪锌矿结构的新型Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。第一性原理计算预测c-BAs具有超高的热导率,从而激发了对其晶体合成和性能研究的热潮。尤其是近年来在晶体生长方面取得的突破性进展,通过化学气相传输(CVT)法制备了毫米尺寸的高质量c-BAs单晶,室温下其热导率高达1300 W·m^(-1)·K^(-1),吸引了人们极大的关注,也进一步鼓舞了人们对其理论和实验方面的研究。本综述将归纳总结近年来关于c-BAs理论计算、晶体生长、物理性能以及材料应用方面的研究进展,阐述了该晶体制备方面所面临的挑战,并对其发展前景进行展望。

高热导率半导体立方砷化硼的研究进展

根据第一性原理计算的预测结果显示,立方砷化硼(c-BAs)具有仅次于金刚石的超高热导率(1400W/m∗K),具备出色的热管理特性。c-BAs的发现对于电子器件的散热应用具有重要的影响,因此成为当前研究的热点。近年来,通过化学气相传输法(Chemical vapor transmission,CVT)成功合成了高质量的BAs单晶,为研究其性质提供了实验基础。BAs晶体在实验中展现出优异的热导率和双极性迁移率,是目前已知性能最佳的半导体材料,有望成为下一代新型半导体。本文综述了BAs单晶的生长方法、理论计算和物理性质方面的研究进展,并在此基础上,讨论了BAs晶体当前面临的技术挑战以及发展前景。

Ⅲ-Ⅴ族硼基化合物半导体反常热导率机理

采用基于玻尔兹曼输运方程的第一性原理计算方法深入研究了硼基Ⅲ-Ⅴ化合物的热导率性质,与Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族半导体进行对比,发现砷化硼的高热导率主要来源于硼基Ⅲ-Ⅴ化合物中声学支和光学支之间存在一个很大的频率带隙,导致两个声学声子的能量要小于一个光学声子的能量,无法满足三声子散射的能量守恒要求,严重遏制了三声子散射几率.金刚石的高热导率主要来自其拥有极大的声学声子群速度.磷化硼虽然也拥有较大的声学声子群速度,但是其频率带隙比较小,无法有效遏制三声子散射,所以磷化硼的热导率小于砷化硼;尽管锑化硼的频率带隙与砷化硼相当,但是由于其拥有较小的声学声子群速度和较大的耦合矩阵元,导致锑化硼的热导率低于砷化硼.该研究为设计高热导率半导体材料提供了新的认识.

BAs晶体生长研究进展

立方砷化硼(BAs)为间接带隙、闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。理论分析预测BAs具有仅次于金刚石的超高热导率,在电子器件散热领域表现出广阔应用前景,成为当前的研究热点。近年来立方BAs单晶材料的制备取得突破性进展,采用化学气相传输法(CVT)合成了毫米尺寸的高质量单晶,室温下热导率高达1300 W·m^(-1)·K^(-1)。本文介绍了BAs单晶的性质和生长方法,综述了材料研究进展,阐述了晶体生长面临的技术挑战,并对发展前景进行了展望。

高压下B_(12)As_2晶体结构及晶格振动的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了二十面体硼化砷(B12As2)在外部静水压强0～30GPa范围内的晶格结构变化。计算结果表明:二中心B-B键在高压下压缩率最大,硼二十面体基团相对比较稳定,外界压力对其影响较小。利用基于密度泛函微扰理论的计算,本文给出了在0～30GPa范围内B12As2晶体所有12个拉曼活性振动模的频率随外部静水压的变化,并给出了零压附近的压强系数和Grüneisen系数。计算结果表明,低频区有关As原子振动的模和频率为502.7cm-1的Eg模对于压力较为不敏感;高频区有关二中心B-B键振动的模对于压力最为敏感。