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Arseniuro de boro

El arseniuro de boro (o boruro de arsénico ) es un compuesto químico que involucra boro y arsénico , generalmente con una fórmula química BAs. Se conocen otros compuestos de arseniuro de boro, como el subarseniuro B 12 As 2 . La síntesis química de BAs cúbicos es muy desafiante y sus formas monocristalinas generalmente tienen defectos.

Propiedades

El BAs es un semiconductor cúbico ( esfalita ) de la familia III-V con una constante de red de 0,4777 nm y una banda prohibida indirecta de 1,82 eV. Se ha informado de que el BAs cúbico se descompone en el subarseniuro B 12 As 2 a temperaturas superiores a los 920 °C. [5] El arseniuro de boro tiene un punto de fusión de 2076 °C. La conductividad térmica del BAs es excepcionalmente alta; recientemente se ha medido en BAs monocristalinos que ronda los 1300 W/(m·K) a temperatura ambiente, lo que la convierte en la más alta entre todos los metales y semiconductores. [6]

Se han medido experimentalmente las propiedades físicas básicas de los BA cúbicos: [7] brecha de banda (1,82 eV), índice de refracción óptica (3,29 a una longitud de onda de 657 nm), módulo elástico (326 GPa), módulo de corte, coeficiente de Poisson, coeficiente de expansión térmica (3,85×10 −6 /K) y capacidad térmica. Se puede alear con arseniuro de galio para producir semiconductores ternarios y cuaternarios. [8]

El BAs tiene una alta movilidad de electrones y huecos, >1000 cm 2 /V/segundo, a diferencia del silicio que tiene una alta movilidad de electrones, pero una baja movilidad de huecos. [9]

En 2023, un estudio en la revista Nature informó que los BA sometidos a alta presión disminuyen su conductividad térmica al contrario del aumento típico observado en la mayoría de los materiales. [10] [11] [12]

Subarseniuro de boro

El arseniuro de boro también se presenta como subarsenuros, incluido el boruro icosaédrico B 12 As 2 . Pertenece al grupo espacial R 3 m con una estructura romboédrica basada en grupos de átomos de boro y cadenas As-As de dos átomos. Es un semiconductor de banda ancha (3,47 eV) con la extraordinaria capacidad de "autocurar" el daño por radiación. [13] Esta forma se puede cultivar en sustratos como el carburo de silicio . [14] Se propuso otro uso para la fabricación de células solares [8] [15] , pero actualmente no se utiliza para este propósito.

Aplicaciones

El arseniuro de boro es el material más atractivo para su uso en la gestión térmica de la electrónica. Se ha demostrado la integración experimental con transistores de nitruro de galio para formar heteroestructuras de GaN-BAs y muestra un mejor rendimiento que los mejores dispositivos HEMT de GaN sobre sustratos de carburo de silicio o diamante. La fabricación de compuestos de BAs se desarrolló como interfaces térmicas altamente conductoras y flexibles. [16]

Los cálculos de primeros principios han predicho que la conductividad térmica de los BA cúbicos es notablemente alta, más de 2200 W/(m·K) a temperatura ambiente, que es comparable a la del diamante y el grafito. [17] Las mediciones posteriores arrojaron un valor de solo 190 W/(m·K) debido a la alta densidad de defectos. [18] [19] Los cálculos de primeros principios más recientes que incorporan la dispersión de cuatro fonones predicen una conductividad térmica de 1400 W/(m·K). [20] Más tarde, se han realizado y medido experimentalmente cristales de arseniuro de boro libres de defectos con una conductividad térmica ultraalta de 1300 W/(m·K), en consonancia con las predicciones de la teoría. Los cristales con una pequeña densidad de defectos han mostrado una conductividad térmica de 900–1000 W/(m·K). [21] [22]

Se ha descubierto que el arseniuro de boro, de forma cúbica, conduce mejor el calor y la electricidad que el silicio , y también conduce mejor que el silicio tanto los electrones como su contraparte con carga positiva, el "hueco electrónico". [23]

Referencias

  1. ^ abcd Haynes, William M., ed. (2011). Manual de química y física del CRC (92.ª edición). Boca Raton, FL: CRC Press . pág. 4.53. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ^ Perri, J. A; La Placa, S; Post, B (1958). "Nuevos compuestos del grupo III-grupo V: BP y BA". Acta Crystallographica . 11 (4): 310. doi : 10.1107/S0365110X58000827 .
  3. ^ Villars, Pierre (ed.) "Estructura cristalina de B12As2 (B6As)" en Fases sólidas inorgánicas , Springer, Heidelberg (ed.) SpringerMateriales
  4. ^ Morosin, B; Aselage, T. L; Feigelson, R. S (2011). "Refinamientos de la estructura cristalina de materiales de simetría romboédrica que contienen icosaedros ricos en boro". Actas de MRS . 97 . doi :10.1557/PROC-97-145.
  5. ^ Chu, T. L; Hyslop, A. E (1974). "Preparación y propiedades de películas de arseniuro de boro". Revista de la Sociedad Electroquímica . 121 (3): 412. Código Bibliográfico :1974JElS..121..412C. doi :10.1149/1.2401826.
  6. ^ Kang, J.; Li, M.; Wu, H.; Nguyen, H.; Hu, Y. (2018). "Observación experimental de alta conductividad térmica en arseniuro de boro". Science . 361 (6402): 575–578. Bibcode :2018Sci...361..575K. doi : 10.1126/science.aat5522 . PMID  29976798.
  7. ^ "Propiedades físicas básicas del arseniuro de boro cúbico". Applied Physics Letters . 115 (12): 122103. 2019. arXiv : 1911.11281 . doi :10.1063/1.5116025.
  8. ^ ab Geisz, J. F; Friedman, D. J; Olson, J. M; Kurtz, Sarah R ; Reedy, R. C; Swartzlander, A. B; Keyes, B. M; Norman, A. G (2000). "Red de aleaciones BGaInAs adaptada a GaAs". Applied Physics Letters . 76 (11): 1443. Bibcode :2000ApPhL..76.1443G. doi :10.1063/1.126058.
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  11. ^ Li, Suixuan; Qin, Zihao; Wu, Huan; Li, Man; Kunz, Martin; Alatas, Ahmet; Kavner, Abby; Hu, Yongjie (23 de noviembre de 2022). "Transporte térmico anómalo bajo alta presión en arseniuro de boro". Nature . 612 (7940): 459–464. Bibcode :2022Natur.612..459L. doi :10.1038/s41586-022-05381-x. ISSN  1476-4687. PMID  36418403. S2CID  253838186.
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