ヒ化ホウ素

ヒ化ホウ素
識別情報
CAS登録番号 12005-69-5 チェック
PubChem 10285774
ChemSpider 8461243
特性
化学式 BAs
モル質量 85.733 g/mol[1]
外観 茶色立方体結晶[1]
密度 5.22 g/cm3[1]
融点

1100 °C, 1373 K, 2012 °F (分解[1])

水への溶解度 不溶
バンドギャップ 1.82 eV
熱伝導率 1300 W/(m·K) (300 K)
構造
結晶構造 立方体 (閃亜鉛鉱型), cF8, No. 216
空間群 F43m
格子定数 (a, b, c) a = 0.4777 nm Å
関連する物質
その他の陰イオン 窒化ホウ素
リン化ホウ素
アンチモン化ホウ素
その他の陽イオン ヒ化アルミニウム
ヒ化ガリウム
ヒ化インジウム
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。
亜ヒ化ホウ素
識別情報
CAS登録番号 12005-70-8 チェック
特性
化学式 B12As2
モル質量 279.58 g/mol
密度 3.56 g/cm3[2]
水への溶解度 不溶
バンドギャップ 3.47 eV
構造
結晶構造 菱面体, hR42, No. 166
空間群 R3m
格子定数 (a, b, c) a = 0.6149 nm Å,b = 0.6149 nm Å,c = 1.1914 nm Å
格子定数 (α, β, γ) α = 90°, β = 90°, γ = 120°
関連する物質
その他の陰イオン 亜酸化ホウ素
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

ヒ化ホウ素（ヒかホウそ、Boron arsenide）は、ホウ素とヒ素からなる化合物で、化学式はBAsである。亜ヒ化物B12As2等、ホウ素とヒ素の化合物は他にも知られている。純粋なヒ化ホウ素の合成は非常に難しく、単結晶は常に欠陥を含む。

性質

ヒ化ホウ素はIII-V族半導体であり、格子定数は0.4777 nm、間接バンドギャップは1.82 eVと測定される。920℃を超えると、B12As2に分解すると報告されている[3]。融点は2076℃である。熱伝導率は非常に高く、300Kで約1300 W/(m・K)である[4]。

基本的な物理的性質は、以下のように測定されている。

ヒ化ガリウムと合金を作ることができ、三元及び四元の半導体となる[5]。

亜ヒ化物

二十面体構造を持つB12As2を含む亜ヒ化物もある。ホウ素原子と2原子からなるAs-As鎖の集合体で、R3m空間群の菱面体である。広いバンドギャップ（3.47 eV）で、放射による損傷に対して自己治癒能を持つ半導体になる[6]。炭化ケイ素等の基質上で成長させられる[7]。太陽電池への応用も提案されているが[5][8]、この目的では今のところ使われていない。

利用

電子機器の熱管理への利用が期待されている。実験的に窒化ガリウムトランジスタと組み合わせて、炭化ケイ素またはダイヤモンド基質上でGaN-BAsヘテロ構造を作ると、最高のGaN高電子移動度トランジスタよりも良いパフォーマンスを示した。ヒ化ホウ素複合体は、伝導性が高く柔軟な放熱材料として開発された。

第一原理計算によると、ヒ化ホウ素の熱伝導率は室温で2200 W/(m・K)以上とかなり高く、これはダイヤモンドやグラファイトに匹敵する値である[9]。その後の実験では、欠陥が多かったため、わずか190 W/(m・K)の測定結果となった[10][11]。フォノン散乱を取り入れたより最新の第一原理計算では、熱伝導率は1400 W/(m・K)と予測される[12]。その後、欠陥のないヒ化ホウ素結晶の合成が実現し、予測と合致する1300 W/(m・K)という測定値が得られた[4]。少量の欠陥を含む結晶では、900-1000 W/(m・K)の熱伝導率となる[13][14]。

出典

  1. ^ a b c d Haynes, William M., ed (2011). 化学と物理のCRCハンドブック（英語版） (92nd ed.). CRC Press. p. 4.53. ISBN 1439855110 
  2. ^ Villars, Pierre (ed.) "B12As2 (B6As) Crystal Structure" in Inorganic Solid Phases, Springer, Heidelberg (ed.) SpringerMaterials
  3. ^ Chu, T. L; Hyslop, A. E (1974). “Preparation and Properties of Boron Arsenide Films”. Journal of the Electrochemical Society 121 (3): 412. Bibcode: 1974JElS..121..412C. doi:10.1149/1.2401826. 
  4. ^ a b Kang, J.; Li, M.; Wu, H.; Nguyen, H.; Hu, Y. (2018). “Experimental observation of high thermal conductivity in boron arsenide”. Science 361 (6402): 575–578. Bibcode: 2018Sci...361..575K. doi:10.1126/science.aat5522. PMID 29976798. 
  5. ^ a b 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). “BGaInAs alloys lattice matched to GaAs”. Applied Physics Letters 76 (11): 1443. Bibcode: 2000ApPhL..76.1443G. doi:10.1063/1.126058. 
  6. ^ Carrard, M; Emin, D; Zuppiroli, L (1995). “Defect clustering and self-healing of electron-irradiated boron-rich solids”. Physical Review B 51 (17): 11270–11274. Bibcode: 1995PhRvB..5111270C. doi:10.1103/PhysRevB.51.11270. PMID 9977852. 
  7. ^ Chen, H.; Wang, G.; Dudley, M.; Xu, Z.; Edgar, J. H.; Batten, T.; Kuball, M.; Zhang, L. et al. (2008). “Single-Crystalline B12As2 on m-plane (1100) 15R-SiC”. Applied Physics Letters 92 (23): 231917. Bibcode: 2008ApPhL..92w1917C. doi:10.1063/1.2945635. hdl:2097/2186. 
  8. ^ Boone, J. L. and Vandoren, T. P. (1980) Boron arsenide thin film solar cell development, Final Report, Eagle-Picher Industries, Inc., Miami, OK. abstract.
  9. ^ An unlikely competitor for diamond as the best thermal conductor, Phys.org news (July 8, 2013)
  10. ^ Lv, Bing; Lan, Yucheng; Wang, Xiqu; Zhang, Qian; Hu, Yongjie; Jacobson, Allan J; Broido, David; Chen, Gang et al. (2015). “Experimental study of the proposed super-thermal-conductor: BAs”. Applied Physics Letters 106 (7): 074105. Bibcode: 2015ApPhL.106g4105L. doi:10.1063/1.4913441. hdl:1721.1/117852. https://dspace.mit.edu/bitstream/1721.1/117852/1/Lv2015APL_BAs.pdf. 
  11. ^ Zheng, Qiang; Polanco, Carlos A.; Du, Mao-Hua; Lindsay, Lucas R.; Chi, Miaofang; Yan, Jiaqiang; Sales, Brian C. (6 September 2018). “Antisite Pairs Suppress the Thermal Conductivity of BAs”. Physical Review Letters 121 (10): 105901. arXiv:1804.02381. Bibcode: 2018PhRvL.121j5901Z. doi:10.1103/PhysRevLett.121.105901. PMID 30240242. 
  12. ^ Feng, Tianli; Lindsay, Lucas; Ruan, Xiulin (2017). “Four-phonon scattering significantly reduces intrinsic thermal conductivity of solids”. Physical Review B 96 (16): 161201. Bibcode: 2017PhRvB..96p1201F. doi:10.1103/PhysRevB.96.161201. 
  13. ^ Li, Sheng; Zheng, Qiye; Lv, Yinchuan; Liu, Xiaoyuan; Wang, Xiqu; Huang, Pinshane Y.; Cahill, David G.; Lv, Bing (2018). “High thermal conductivity in cubic boron arsenide crystals”. Science 361 (6402): 579–581. Bibcode: 2018Sci...361..579L. doi:10.1126/science.aat8982. PMID 29976796. 
  14. ^ Tian, Fei; Song, Bai; Chen, Xi; Ravichandran, Navaneetha K; Lv, Yinchuan; Chen, Ke; Sullivan, Sean; Kim, Jaehyun et al. (2018). “Unusual high thermal conductivity in boron arsenide bulk crystals”. Science 361 (6402): 582–585. Bibcode: 2018Sci...361..582T. doi:10.1126/science.aat7932. PMID 29976797. 

外部リンク

二元化合物
三元化合物
四元化合物