Способ получения полупроводникового кубического нитрида бора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Аниченко Николай Георгиевич Ракицкая Людмила Иосифовна Игнатенко Олег Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения полупроводникового кубического нитрида бора, при котором готовят шихту из порошков гексагонального нитрида бора или смеси гексагонального нитрида бора с 30-60 мас.кубического нитрида бора или кубического нитрида бора или его смеси с 30-60 мас.вюрцитного нитрида бора, катализатора, в качестве которого используют алюминий, и легирующей добавки, содержащей углерод, кислород и бор или представляющей собой декстрин или алмаз, в количестве 0,1-10,0 мас. , причем используют порошки нитрида бора и катализатора дисперсностью 0,05-10,0 мкм, воздействуют на шихту давлением 4-12 ГПа при температуре 1470-3070 К и отжигают при 720-1070 К. Изобретение относится к области получения сверхтвердых материалов, в частности к получению моно- и поликристаллов кубического нитрида бора, и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов в качестве теплоотводящих элементов. Известен способ получения кубического нитрида бора, включающий приготовление шихты из гексагонального нитрида бора с размером зерна менее 10 мкм в количестве 9096 мас.и катализатора (нитрида лития) в количестве 4-10 мас.и последующее воздействие на нее давлением 5,0-5,5 ГПа при температуре 1600-1850 С 1. Недостатком указанного способа является невысокая теплопроводность полученного кубического нитрида бора. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения полупроводникового кубического нитрида бора, включающий приготовление шихты из порошков гексагонального нитрида бора, катализатора (щелочных и щелочноземельных металлов, их нитридов, свинца, олова, сурьмы) и легирующей добавки(бериллия), взятой в количестве 0,01-10,0 мас. , и последующее воздействие на шихту давлением 60-100 кбар (6-10 ГПа) при температуре 1200-2200 С (1470-2470 К) в течение 5-30 мин 2. К недостатку способа 2 следует также отнести невысокую теплопроводность. Задачей настоящего изобретения является повышение теплопроводности кубического нитрида бора. Поставленная задача решается тем, что в способе получения полупроводникового кубического нитрида бора готовят шихту из порошков гексагонального нитрида бора или смеси гексагонального нитрида бора с 30-60 мас.кубического нитрида бора или кубического нитрида бора или его смеси с 30-60 мас.вюрцитного нитрида бора, катализатора, в качестве которого используют алюминий, и легирующей добавки, содержащей углерод, кислород и бор или представляющей собой декстрин или алмаз, в количестве 0,110,0 мас. , причем используют порошки нитрида бора и катализатора дисперсностью 0,05-10,0 мкм, воздействуют на шихту давлением 4-12 ГПа при температуре 1470-3070 К и отжигают при 720-1070 К. Новым, по мнению авторов, является то, что готовят шихту из порошков гексагонального нитрида бора или смеси гексагонального нитрида бора с 30-60 мас.кубического нитрида бора или кубического нитрида бора или его смеси с 30-60 мас.вюрцитного нитрида бора, катализатора, в качестве которого используют алюминий, и легирующей добавки, содержащей углерод, кислород и бор или представляющей собой декстрин или алмаз, в количестве 0,1-10,0 мас. , причем используют порошки нитрида бора и катализатора дисперсностью 0,05-10,0 мкм, воздействуют на шихту давлением 4-12 ГПа при температуре 1470-3070 К и отжигают при 720-1070 К. Использование декстрина в качестве легирующей добавки более предпочтительно,чем механическая смесь элементарных добавок, поскольку он в своем составе содержит углерод и кислород, и, кроме того, декстрин в расплавленном состоянии хорошо перемешивается с порошком нитрида бора, обеспечивая однородное его легирование и создавая в связи с этим возможность хорошего прессования порошков кубического и вюрцитного нитрида бора. Повышение теплопроводности нитрида бора наблюдается также при легировании его алмазом. Содержание в шихте легирующих добавок более 10 мас.приводит к снижению теплопроводности продукта из-за дополнительного рассеяния фононов на примесях, не вошедших в кристаллическую решетку кубического нитрида бора, а при содержании их менее 0,1 мас.теплопроводность кубического нитрида бора почти не изменяется. Чем меньше дисперсность порошков исходного нитрида бора, тем более интенсивно происходит вхождение легирующей добавки в кристаллическую решетку кубического нитрида бора и тем выше теплопроводность синтезируемого материала. Дисперсность порошков исходного нитрида бора менее 0,05 мкм практически трудно получить стандартным способом, а при их дисперсности более 10 мкм сильно снижается теплопроводность. Экспериментально установлено, что наибольшая теплопроводность поликристаллов достигается при использовании смеси гексагонального нитрида бора с 30-60 мас.кубического нитрида бора, а также кубического нитрида бора или его смеси с 30-60 мас.вюрцитного нитрида бора. Использование порошков нитрида бора и легирующей добавки с дисперсностью 0,0510 мкм еще не обеспечивает максимальной теплопроводности моно- и поликристаллов. Максимальная теплопроводность достигается при дополнительном отжиге синтезированного материала при температуре 720-1070 К в течение 0,1-20 ч в вакууме. Предложенный способ осуществляется следующим образом. Готовят шихту из порошков дисперсностью 0,05-10 мкм, содержащую катализатор 0,1-30 мас.легирующую добавку 0,1-10 мас.нитрид бора - остальное, тщательно перемешивают шихту и прессуют ее под давлением 3-8 т/см 2. 2 ДисперсРежим синтеза Режим отжига Тепло- Тип Дисность легипровод- проперслегирующая катализатемпетемпе- врерующей Продукт синтеза нитрид бора,давлевремя,ность, водиность добавка,тор,ратура,ратура, мя,добавки, ние, ГПа мас.мин мас.мас., мкм К К мин Вт/мК мости мкм Известный способ 6,0 3 10 5,0 1870 3 1070 1200 100 п монокристаллы 940,51,530 10 9 2920 0,5 1270 3000 40 поликристаллы 89,2- гексагональный нитрид бора- кубический нитрид бора- вюрцитный нитрид бора. 16767 1 2013.02.28 В случае легирования нитрида бора декстрином последний в расплавленном или растворенном состоянии перемешивают с нитридом бора в присутствии катализатора, прессуют смесь и высушивают заготовку при температуре 100-200 С в течение 1-3 ч. При использовании технического нитрида бора, содержащего катализаторы и добавки в виде естественных примесей в количестве не менее 0,1 мас. , катализаторы и добавки в шихту могут не вводиться. Заготовку размещают в нагревателе контейнера аппарата высокого давления, воздействуют на контейнер с заготовкой давлением 4-12 ГПа при температуре 1470-3070 К в течение 0,1-30 мин, отключают нагрев и снижают давление до нормального и извлекают спек. После чего синтезированный материал отжигают в вакууме при температуре 7201070 К в течение 0,1-20 ч. В таблице приведены данные по составу и дисперсности реакционной шихты, параметры синтеза и отжига, тип проводимости и данные по теплопроводности кубического нитрида бора. Таким образом, как следует из таблицы, кубический нитрид бора, полученный по заявляемому способу, обладает существенно более высокой теплопроводностью (230380 Вт/мК) по сравнению с кубическим нитридом бора, полученным по известному способу (40-90 Вт/мК). Источники информации 1. Патент 10860, МПК 01 3/06,01 21/00, 2008. 2. Патент США 3078232, НКИ 208-143, 1968. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.