2D材料の基板として使用される六方晶窒化ホウ素

2D材料が電子工学や光電子工学の分野で普及するにつれ、効率的な基板の探索は、 HBN従来の基質は2DMの成長品質に影響を与えるため、 HBN より良い選択肢であることが証明されました。何が 六方晶窒化ホウ素 より良い基質ですか?

窒化ホウ素（BN）とは何ですか？ 窒化ホウ素は化合物ですか？

知ること 窒化ホウ素（BN） 化学は、その特性を学ぶ前に同様に重要です。 窒化ホウ素 ホウ素と窒素からなる結晶性の化合物です。 窒化ホウ素の化学式 は「BN」です。 BN分子 炭素と等電子的であり、類似の構造と電子配置を示すが、元素の配置が異なります。 

窒化ホウ素（BN）の構造

構造上の特殊性を知る 窒化ホウ素 の機能を説明するのに役立ちます HBN より良い。

窒化ホウ素の構造は、主に、非晶質、六方晶、立方晶、ウルツ鉱の 3 種類があります。

1. 非晶質窒化ホウ素 – ABN構造

非晶質形態 窒化ホウ素 配向性がなく、炭素と同等です。原子の配列に規則性がなく、簡単に言えば構造的配置がありません。ABN以外のすべての形態は 窒化ホウ素 結晶構造に従います。

2. 六方晶窒化ホウ素 - HBN 構造

HBNホワイトグラフェンとして知られるこの物質は、層状構造をしており、非常に安定していると考えられています。この構造の層は、ファンデルワールス力によって互いに結合しています。 BN化合物 各層に存在する分子は、共有結合によって他の層と結合しています。 六方晶窒化ホウ素 下記に示します。

単層に来る HBN、単層の 六方晶窒化ホウ素   グラフェンと非常によく似ています。ハニカム構造をしており、寸法もグラフェンと似ています。グラフェンとは異なり、見た目は黒ではなく白です。HBNは材料として、より優れた電気絶縁体として機能します。

3. 立方晶窒化ホウ素（CBN）構造

安定性の面では 立方晶窒化ホウ素 よりも安定性が低い傾向がある HBNしかし、室温での構造間の変換率は比較的小さい。CBNの構造を示す参考図を以下に示します。 立方晶窒化ホウ素 ダイヤモンドに似ている

4. ウルツ鉱窒化ホウ素 -WBN 構造

WBNはボートの構成を採用しており、 BN化合物 図に示すように6員環を形成する。ウルツ鉱の構造 窒化ホウ素 ロンスダライトとして知られる炭素の多形に類似している。ウルツ鉱の硬度は 窒化ホウ素 46 GPaの範囲にあると推定されます。

窒化ホウ素の特性：概要

以下の表は、 窒化ホウ素 異なる構造に関連：非晶質、ウルツ鉱型、立方晶系、六方晶系。

先進セラミックスとは何ですか？HBNもその一つでしょうか？

の専門分野に入る前に HBN アドバンスドセラミックとは一体何なのか、詳しく見ていきましょう。アドバンスドセラミックとは、その名の通り、従来のセラミックを凌駕する特性を持つ、優れた新世代セラミックです。熱安定性、優れた電気抵抗、化学的に不活性、そして金属に匹敵する高い熱伝導率を誇ります。以下に、アドバンスドセラミックの代表的な材料をいくつかご紹介します。

アルミナ

アルミナは、酸化アルミニウムを主成分とする、広く使用されている先進セラミックです。アルミナ構造中に存在するイオン性原子間結合により、極めて安定しています。優れた電気絶縁体として、また耐摩耗性と機械的強度にも優れています。リチウムイオン電池、ポンプ材料、スパークプラグ、自動車用センサー、電気絶縁材などに使用されています。

炭化ケイ素（SiC）

炭化ケイ素（SiC）は炭化粒子の焼結によって形成されます。このセラミックは非常に高い硬度で知られています。天然のSiCはモアッサナイトに含まれています。炭化ケイ素は高電圧への耐性が高いため、電力機器に広く使用されています。セラミックの硬度は、自動車のブレーキ、外装部品、クラッチなどに適しています。

ジルコニアセラミック

ジルコニアセラミックは、他のすべてのセラミックと比較して優れた破壊靭性を示します。ジルコニアには、イットリア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニアなど、様々なグレードの安定化ジルコニアがあります。これらは歯科用セラミックスによく使用され、通常は金属と組み合わせて使用されます。

窒化シリコン

窒化ケイ素は酸化や衝撃的な温度勾配に耐性があると言われており、様々な構造用途に使用されています。SiCの特性はエンジン部品にも有用です。また、切削工具の製造にも使用され、生体適合性により歯科・医療用インプラントとしても有用です。

先進セラミックとしての窒化ホウ素（BN）

窒化ホウ素は、機械加工可能な先進セラミックスと考えられています。優れた熱伝導性、潤滑性、高い誘電強度、低い誘電率を備えています。 窒化ホウ素 グラフェンと構造が類似していることから、ホワイトグラフェンとも呼ばれています。優れた電気絶縁体であり、高温酸化にも耐えます。

先ほども述べたように、 窒化ホウ素 BNは様々な構造構成で存在する傾向があります。一般的なBNの特性は以下の通りです。

1. 立方晶窒化ホウ素

立方晶窒化ホウ素 硬度は1平方ミリメートルあたり約4500キログラムで、ダイヤモンドに匹敵します。高温高圧圧縮によって製造されます。 六方晶窒化ホウ素熱安定性、熱伝導率、電気抵抗率 立方晶窒化ホウ素 高めのほうだと考えられています。

立方晶窒化ホウ素は、ニッケル、鉄、その他の化合物の合金と併用すると不活性となる傾向があります。その極めて高い硬度は、 立方晶窒化ホウ素 より優れた研削工具として機能します。また、自動車のエンジン部品、電子機器のヒートシンク、優れた電気絶縁体としても使用されます。

2. 六方晶窒化ホウ素（HBN）

の特性を知る HBN 高度なセラミックであるため、アプリケーションで使用する前に、適切な処理が非常に重要です。 H 窒化ホウ素 グラフェンに似た単層の2D層を持つ安定したセラミックです。1000℃の気温まで熱的に安定しており、真空条件下ではさらに高温でも安定します。化学的には不活性で、酸には耐えますが、溶融塩やアルカリ性化合物では劣化します。

ナノリボンは HBN 熱伝導率は1700W/mKから2000W/mKの範囲です。基板や電池材料としてよく使用され、熱用途でも広く普及しています。

2D材料に最適な基板としてのHBN

最近の進歩は称賛されている HBN 2D材料に最適な基板です。先に進む前に、2D材料とは何かを見てみましょう。

2D材料は 単層材料 ナノスケールで存在する物質です。化学蒸着法や機械的液体剥離法などの技術によって製造されます。 単層材料 （2DM）には次のものが含まれます。

• 2DM は引張強度が高くなります。

• 2DM は面積対体積比が高く、化学反応物の接触時間が長くなります。

• 光学的、機械的、電気的特性に優れています

2D材料に最適な基板としてのHBN

2D材料の製造に広く用いられる製造技術は化学蒸着（CVD）です。このプロセスでは、加熱されたチャンバー内で、制御された圧力、温度、一定時間で反応が起こります。プロセス条件下にある原子が基板に衝突し、その上に2D材料を形成します。現代の材料科学では、CVD法が好まれています。 HBN 下記に挙げるメリットにより、光電子デバイスにおける2DM基板として利用されています。

HBNの一般的なメリット

六方晶窒化ホウ素 従来のSiO2/Si基板に比べて明らかな利点があります。高温での熱安定性、酸化および腐食に対する耐性が主な利点です。 HBN と BN化合物 共有結合によって結合された分子は操作可能であり、CVDプロセスに役立ちます。 六方晶窒化ホウ素 もう一つの重要な要素です。

HBNの形態学的メリット

従来のSiO2/Si基板上に合成された2D材料は品質が劣り、大きな無秩序性を有しています。基板の効率が低下すると、構造と機能性が損なわれます。 六方晶窒化ホウ素 一方、他の基質状態とは異なり、電荷トラップのない滑らかな平坦な原子表面を有する。 HBN グラフェンに似ており、グラフェンデバイスの 2DM 合成に適しています。

欠陥密度は 六方晶窒化ホウ素 比較的小さい。ヴァンダール壁の力は HBN 層は、HBNと特性不一致のある2DMの成長も保証します。 HBN 高移動度を有する優れたグラフェン2DMの開発が含まれます。 HBN 基板として使用すると、2DM の制御された成長が観察され、デバイスの効率が向上します。

結論

の機能性 H 窒化ホウ素 従来の基板と比較して圧倒的な性能を有しています。グラフェンなどの材料との原子構造の類似性により、競争力のある2DMの合成が可能になりました。 HBN 層間の力が弱いため、さまざまな 2D 材料の製造が可能になり、現代のメリットのある基板になります。