基本介紹
- 中文名：立方氮化硼膜
- 外文名：Cubic boron nitride film
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,優點特性,研究背景,製備方法,物理氣相沉積法,化學氣相沉積法,套用,
簡介
立方氮化硼膜是指具立方晶體結構的氮化硼薄膜。
優點特性
立方氮化硼(c-BN)是僅次於金剛石的超硬材料，化學穩定性極好，具有高電阻率，高熱導率，摻入某些雜質可以成為半導體。立方氮化硼薄膜可以用低壓氣相形成金剛石薄膜相似的方法合成。氮化硼(BN)有三種異構體：h-BN，c-BN和w-BN，它們之間性能別很大，h-BN具有與石墨極相似的層狀結構，質地很軟。w-BN和c-BN中B、N原子都是彼此形成四配位結構，在硬度方面兩者差別不大，都是硬質膜，可以用於切削刀具。1cBN的優良特性
立方氮化硼（cBN）是一種人工合成的高溫穩定相結構為面心立方閃鋅礦，具有一系列類似於金剛石的優異物理化學性質，它具有極高的硬度和良好的耐磨性（硬度僅次於金剛石）、寬頻隙、高的電阻率。其遠高於金剛石的熱穩定性和化學穩定性，克服了金剛石鍍層刀具在加工鐵基金屬時碳的擴散問題。此外，cBN光帶間隙寬、熱導率高、絕緣性好、從紅外到紫外包括可見光廣闊的波譜範圍內、具有良好的光透性。
研究背景
作為最有潛力的Ⅲ-V族化合物，cBN近年來一直是世界上研究者最感興趣的課題之一[1]。cBN主要有四種結構，分別是與菱形石墨類似的hBN，與金剛石類似的cBN，與六方石墨對應的rBN，與六方金剛石對應的wBN，此外，還有一種近無序的tBN。人們興趣最濃的是與金剛石在結構、性質上都相近甚至更優的立方相結構（cBN）。
製備方法
物理氣相沉積法
（1）真空蒸鍍
真空蒸鍍就是指將待鍍料和被鍍基板置於真空室內用一定方法加熱待鍍材料使之蒸發或升華，並飛行到被鍍基板表面凝聚成膜的工藝。
（2）濺射鍍膜
利用帶有電荷的離子在電場中被加速後具有一定動能的特點，將離子引向被濺射的靶電極。在離子能量合適的情況下，入射的離子將在與靶表面的原子的碰撞過程中使後者脫離固體表面，形成濺射。主要包括射頻濺射（RFS）技術、磁控濺射（MS）技術、離子束濺射（IBS）技術。
（3）雷射燒蝕法（PLA）
雷射燒蝕法是用一束高能雷射輻射靶材表面，使其表面迅速加熱融化蒸發，隨後冷卻結晶生成的一種製備材料的方法。
化學氣相沉積法
（1）熱化學氣相沉積法 (HCVD)
HCVD 裝置一般由耐熱石英管和加熱裝置組成反應氣體一般採用BCl3或B2H6和NH3的混合氣體
（2）低壓化學氣相沉積法(LPCVD)
LPCVD 要求氣體在低壓下發生化學反應 一般用B3N3H6作為反應氣體He作為載氣典型的沉積速率為2.5 nm/min。
（3）電漿增強化學氣相沉積法（PECVD）
射頻電漿化學氣相沉積法 （RF-PECVD）是PECVD中製備CBN的最典型的方法。此外，還有雷射輔助電漿化學氣相沉積法（LA-PECVD）、雙源電漿化學氣相沉積法（DB-PECVD）、微波電漿化學氣相沉積法（MW-PECVD）等方法。
套用
cBN薄膜由於具有許多優異的物理和化學性質，被廣泛套用於機械加工、高溫電子器件、光學保護膜、半導體、 散熱板、光電開關、工具及耐熱耐酸、耐蝕塗層等方面。在積體電路中做絕緣層，比使用的Al2O3；、BeO，SiC、AlN等性能更好；在切削和磨削淬火鋼方面，cBN已充分顯示了它的優越性。在鑽探方面；對勘探Fe礦床或中低溫硫化礦床，以及含有Fe質的氧化帶的礦床均有明顯的特殊作用，特別是未來的高溫深井鑽探和地熱鑽探等方面具有廣泛的套用前景。
