提到材料界的“硬漢”，大家一定會想起天然界中最硬的物質(zhì)“金剛石”。不過隨著材料制備水平的提高，繼人工合成金剛石后，科學(xué)家又發(fā)揮聯(lián)想，采用了類似于合成金剛石的原料、設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)造出了另一種超硬無機材料，那就是立方氮化硼（c-BN）。

金剛石（C）和立方氮化硼（c-BN）的結(jié)構(gòu)示意圖

立方氮化硼除了具有與與金剛石類似優(yōu)異物理、化學(xué)特性，如超高硬度（僅次于金剛石）、高耐磨性、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)等，同時還具有一些優(yōu)于金剛石的特性，具體可看下表。

兩者都是處于超硬材料金字塔頂端的存在，集許多優(yōu)異性能于一身。從上表也可以看出：由于結(jié)構(gòu)上的相似，立方氮化硼的許多物理性能與金剛石十分相似，如高的硬度（僅次于金剛石），寬的帶隙，高的電阻率，高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等等。

但另一方面，立方氮化硼的某些性能又優(yōu)于金剮石，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①立方氮化硼的抗氧化能力明顯高于金剛石；

②立方氮化硼與鐵族元素之間呈高惰性，而且在加工鐵系臺金時不會發(fā)生粘屑現(xiàn)象。這一優(yōu)點使得它在用作高速切削刀具時具有明顯的優(yōu)勢；

③通過控制摻雜類型，立方氮化硼既可以成為n型半導(dǎo)體又可以成為p型半導(dǎo)體，但金剛石一般只能摻雜成n型半導(dǎo)體；

④立方氮化硼可作為生長某些半導(dǎo)體的襯底材料。

以上這些金剛石無法比擬的優(yōu)勢，讓立方氮化硼具有了更廣泛的用途。比如在電子和光電子器件的研制方面，由于在c-BN的高溫合成過程中，添加Be可得到P型半導(dǎo)體，添加S、C、Si等可得到n型半導(dǎo)體，因此Mishima等人得以在高溫高壓下用c-BN制成p-n結(jié)。該p-n結(jié)可以在650℃的高溫條件下工作，這為c-BN在高溫電子器件和高溫短波長光電子器件方面的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

立方氮化硼

除此之外，立方氮化硼還是生長某些半導(dǎo)體的理想襯底材料。目前的半導(dǎo)體藍綠光發(fā)光器件都是在晶格失配很大的藍寶石上生長的，這不僅在發(fā)光器件中造成了大量的缺陷，嚴(yán)重影響了器件性能，而且由于藍寶石中的氧會向器件的發(fā)光層中擴散，對器件的性能造成了進一步的損害。用立方氮化硼晶體作為襯底材料可以解決上述問題，提高短波長發(fā)光器件的性能，從而滿足半導(dǎo)體光電子器件行業(yè)中的需要。

資料來源：

立方氮化硼微晶合成及體塊晶體生長方法探索，李凱。

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