立方氮化硼薄膜的光学带隙

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜,光学带隙为5.38eV. 关键词： 立方氮化硼薄膜 光学带隙 K-K关系     

大颗粒立方氮化硼单晶的合成

 在Mg-B-N体系中通过控制立方氮化硼晶体的成核率及生长速度，在4.5~6.0 GPa、1 500~1 900 ℃的高压高温条件下，在几分钟时间内，成功地获得了粒径达毫米量级的立方氮化硼单晶体，其最大单晶粒径达1.6 mm。研究了该体系中立方氮化硼单晶的生长特性，讨论了该种单晶体在Mg-B-N体系中的生长机制。     

六角氮化硼的氧化特性对立方氮化硼合成的影响

 六角氮化硼的一些性质对立方氮化硼的合成有着重要影响。本文在对三种不同纯度的六角氮化硼进行拉曼光谱、红外光谱、X光衍射光谱对比研究的基础上，进行了高温氧化、掺杂氧化物等项实验研究，讨论了六角氮化硼自身氧化特性以及在高温高压下生成的氧化物对合成立方氮化硼的影响，指出了除结晶程度、杂质含量外，六角氮化硼的氧化特性与立方氮化硼的成核、生长有直接联系。     

高质量宽带隙立方氮化硼薄膜的研究进展

文章着重介绍了最近研制出的高质量宽带隙立方氮化硼薄膜的三种制备方法和结构特性 :(1)用射频溅射法在Si衬底上制备出立方相含量在 90 %以上 ,Eg>6 .0eV的c-BN薄膜 ;(2 )用离子束辅助的化学气相沉积法(CVD) ,在金刚石上外延生长出立方含量达 10 0 %的单晶c -BN薄膜 ;(3)用微波电子回旋共振CVD法 (MW -ECR-CVD)在金刚石上外延生长出高纯c-BN薄膜 .这些高纯c -BN薄膜 ,可应用于制作各种半导体 (主要是高温、高频大功率 )电子器件 .     

金刚石薄膜/立方氮化硼异质结的制备

文内报告了金刚石薄膜/立方氮化硼异质结的制备过程,然后采用自制的 测试装置对其伏-安特性进行了测试。     

六方氮化硼的振动光谱与立方氮化硼的合成

 以X射线衍射分析作参比，分析了高度三维有序到近乱层结构的9种六方氮化硼的红外和拉曼光谱，并进行了立方氮化硼的高温高压合成。光谱分析表明，随着晶性的降低，六方氮化硼的低频红外吸收峰的位置及拉曼谱线等基本振动光谱发生明显的特征性的变化，并伴随出现各自不同的次级光谱结构。合成结果表明，在触媒作用下，立方氮化硼的形成需要六方氮化硼原料有一定的结晶度，但立方氮化硼合成效果与六方氮化硼结晶度并非是简单的单调关系。对振动光谱和合成试验的结果进行了讨论。     

不同颜色立方氮化硼的合成及耐热性的研究

 本文分别以金属镁粉、氮化镁以及镁粉与氮化镁粉的混合物为触媒，以六角氮化硼粉（96%~98%含量）为原料，在高温高压下合成了颜色较纯正的黑色、橘黄色及白色立方氮化硼晶体。对上述三种不同颜色的立方氮化硼晶体进行了TG-DTA分析及高温氧化实验，并讨论了立方氮化硼晶体的耐热机制。     

含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备

 采用在cBN表面进行镀钛、并在PcBN结合剂中加入纳米金刚石的方法,对静压法合成的PcBN的组织结构进行研究。通过对镀钛后的cBN和合成的PcBN样品进行XRD、SEM、显微硬度、致密度分析和热稳定性分析,并与结合剂中不含纳米金刚石的PcBN样品进行对比,研究纳米金刚石的添加对合成PcBN的组织结构和性能的影响。实验结果表明,在有镀钛cBN、Al和Si存在的环境中,采用先升压至5.5 GPa,然后升温至1 400 ℃,保温保压500 s的合成工艺,在PcBN中未发现纳米金刚石发生石墨化;作为碳源,与Si、Ti、Al等共同作用,在PcBN组织中形成多种耐热、高硬、稳定的化合物。适当过量地加入使得PcBN组织中残留部分未反应的纳米金刚石,不仅提高了PcBN的致密性,而且提高了PcBN的硬度,更为重要的是消除和减轻了“架桥”现象。在合成PcBN的过程中,Ti和纳米金刚石的反应活性最强。结合真空微蒸发镀钛技术,cBN表面镀钛和加入纳米金刚石使PcBN中的各组分之间充分反应形成的多种化合物过渡层,使得PcBN中各相之间有良好的相容性,PcBN的热稳定性得到提高。     

不同六方氮化硼向立方氮化硼的转化行为

 利用X射线衍射法分析了7种六方氮比硼原料的结晶度、晶粒度和晶格常数，研究了高温高压下六方氮比硼（hBN）向立方氮比硼（cBN）的转化行为和转化率。结果表明，结晶度高和晶粒度细的六方氮化硼易于转化，有利于cBN的成核。     

高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

微小尺寸立方氮化硼晶体蓝紫光发射光谱的测量与分析

对于微小尺寸的N型宽禁带立方氮化硼(CBN)半导体晶体,在施加恒稳电场的情况下,观察到电致发光现象。通过置CBN单晶样品于光栅单色仪抛物面反射镜焦点的方法,对于CBN的蓝紫光辐射获得了测试系统的最大入射光通量和理想的信噪比。在350～450 nm波长范围内,CBN加上4.7×106 V·cm-1恒稳电场条件下,测量出立方氮化硼的蓝紫光发射光谱。同时,结合基于第一性原理的GGA方法计算出的立方氮化硼能带结构和电子态密度,以及测量得到的非线性j-E关系和电击穿特性,讨论了发光机理。提出了在雪崩击穿前的缺陷偶极子极化和击穿后,产生大量的激发态电子,电子在Γ能谷和X能谷间迁移的发光机制。     

Infrared Spectroscopy Investigation of Cubic Boron Nitride Films

Abstract

FT-IR Spectroscopy have been used for identifying both the structure of BN and the intensity of the compressive stress in cubic boron nitride (c-BN) film prepared by a unbalanced of (13.56 MHz) magnetron sputtering of a hexagonal boron nitride target in a mixture argon and nitride discharge. A T(temperature) - V(negative bias) phase diagram was obtained using the phase structure identify by IR spectra. Comparing the reflection infrared spectra (RIR) with the transmission infrared spectra (TIR) measured from same c-BN film, it is firstly found that RIR peak position of c-BN is lower than TIR peak position of c-BN, this means that the compressive stress on the surface layer of c-BN film is smaller than that inside c-BN film, may be this is the reason why thicker c-BN film can not be synthesized. A higher IR peak position of 1064 cm^?1 and a lower peak position 1004.7 cm^?1 were detected from a broken and partly peeled off c-BN film. The peak position of 1064 cm^?1 agrees with that of bulk c-BN at 1065 cm^?1 which was synthesized at high temperature and high pressure, while the peak position of 1004.7 cm^?1 accords well with the result calculated (1004 cm^?1) by Wentzcovitch and it may be closes to that of the stress free value of c-BN. Using the result measured by Ulrich, the shift rate of IR peak position of c-BN in the films is about 3.8 cm^?1/Gpa to be obtained.     

锂基触媒体系中不同形状立方氮化硼晶体的高压合成

采用高温高压方法,以六角氮化硼(hBN)为原料、选用氮化锂(Li3N)、氢化锂+氮化锂(LiH+Li3N)、氢化锂(LiH)、氢化锂+氨基锂(LiH+LiNH2)、氮化锂+氨基锂(Li3N+LiNH2)为触媒,在合适的温度、压力及生长工艺条件下,分别得到了厚板状、类球形、八面体或六八面体、扁锥状和片状六边形形貌立方氮化硼(cBN)晶体。总结了不同锂基触媒/添加剂对合成的cBN晶体形貌变化的影响。     

离子轰击产生湍层氮化硼

用高分辨率透射电子显微镜检查了N+2离子轰击后的氮化硼样品.发现在片状六方形氮化硼sp2层的弯折区,有0.35mm晶面间距的湍层氮化硼形成.虽然其形成机制尚不清楚,但是基于束流–固体相互作用观点的讨论可能是了解湍层氮化硼结构生长过程的关键所在.     

Orientation Sensitive EELS-analysis of Boron Nitride Nanometric Hollow Spheres

We present a theory for the inelastic scattering cross-section in hexagonal boron nitride. Explicitly accounting for effects of beam convergence and a finite collection aperture, we present an approach that well describes the form of the observed Boron K-edge. We use this technique to investigate the crystallographic structure of boron nitride nanometric hollow spheres.     

单壁氮化硼纳米管的结构、对称性和晶格动力学

本文分析了氮化硼纳米管的结构对称性,并对其晶格振动模的对称性进行了分类。计算了单壁氮化硼纳米管的声子色散关系,给出了扶手椅管和锯齿管拉曼和红外活性模的频率随管径的变化规律。     

高温高压合成立方氮化硼的热力学分析

 从热力学角度计算出了以六角氮化硼为原料、用高压触媒法合成立方氮化硼时所形成稳定的临界晶粒半径r_k的大小,当p=6.0 GPa、T=1 600 ℃时,r_k≈15 nm。分析了r_k的大小与合成温度、压力的关系,以及在给定压力下立方氮化硼晶粒转化率与温度的关系。结果表明：在立方氮化硼稳定区,在相同压力下,r_k随温度的升高而增大;在相同温度下,r_k随压力的升高而减小,r_k越小立方氮化硼晶粒的转化率越高。计算结果与实际合成实验所得结果完全一致。     

Growth Feature of Cubic Boron Nitride on c-BN Crystal Substrates

Cubic boron nitride （c-BN） films were deposited on highly-oriented （111） bulk c-BN crystal by using the rf magnetron sputtering method. The growth films are characterized by micro-Raman spectroscopy （μ-RS） and scanning electron microscopy （SEM）, The results show that the high crystallization electron transparent c-BN films in thickness of about 10μm are obtained, Island and step growth models are clearly shown.     

含六方氮化硼的一维光子晶体的光学特性

从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场边界条件推导出在倾斜光轴条件下的传输矩阵。利用该传输矩阵研究了光轴方向对基于六方氮化硼的光子晶体光学特性的影响。研究表明,当Ф=0~°时,此结构会在六方氮化硼Ⅱ型双曲区域出现全方位禁带。随着Ф的不断增大,TE波和TM波在Ⅱ型双曲区域内的光子禁带逐渐错开,对于TM波,Ⅰ型双曲区域开始产生禁带,且朝着低频方向移动;Ⅱ型双曲区域内的禁带不断变窄,并往高频方向移动。利用这些特性,可实现偏振光分离和禁带加宽。     

掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大,不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态,无论是否掺杂,锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态,掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时,无论是否掺杂,ZGNRs都为半导体,掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定,掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.