磷化硼的主要应用

发布日期:2020/10/22 21:04:06

性质及结构^{【1】【2】【3】【4】【5】}

由于制法不同，磷化硼有红色透明、暗红色透明，黑色晶体或柔软、褐色无定形物质等多种。化学性质稳定。不溶于浓硝酸，盐酸、硫酸、40ef氢氟酸及其混合酸中。在硝酸与过氧化氢、20形和60形氢氧化钠、氢氧化钠和溴水、硫酸和硫酸钾的混合溶液中也都不溶解。不受沸腾的无机酸和碱的浸蚀，在王水中回流加热亦无变化。磷化硼具有类似耐火材料的性质，与氮化硼和金刚石类似，它比碳化硅还硬，并且具有较大的能隙，在空气中即使在800一10000℃高温时也具有抗氧化作用。当磷化硼在高温加热时，因失去磷而形成一种浅灰色残渣。磷化硼在氯气中于冷处着火，而在溴中则在微热状态下着火，当200℃时在氧中明亮地燃烧，在红热时能被大多数金属分解。在含氨的氮气中加热至800℃可生成氮化硼。

磷化硼单晶(boron phosphide single crystal)周期系第Ⅲ、V族化合物半导体。化学分子式为BP。共价键结合。有一定的离子键成分．属闪锌矿型结构，晶胞由两类不同原子组成的面心立方晶格套构而成，原胞中包含两个不同族原子，为复式晶格，晶恪常数0．4538nm。密度为2．97×10akg／m3，为间接带隙半导体。室温时，禁带宽度为2．00eV。电阻率为10～4Q·m．空穴迁移率为5×10。2m2／(V·S)，400～700nm光的折射率为3～3．5。茸熔占>2000 C．制备困难。磷化硼是化学稳定的化合物。它不溶于浓硝酸、盐酸、硫酸、409S；氢氟酸以及它们的混合酸。在硝酸和过氧化氢的混合酸中，在20g和60g氢氧化钠溶液中，氢氧化钠和溴水的混合物中，硫酸和硫酸钾的混合物中都不溶解。

磷化硼是由元素P和B构成的Ⅲ一V族化合物，主要存在的晶型为立方晶型，记为C—BP，具有闪锌矿结构(zinc—blende structure)。C—BP具有和金刚石类似的结构，如图7—1(a)所示，在闪锌矿结构的BP晶体中，每个B原子被4个P原子包围，这4个最近邻的P原子分布在正四面体的顶角上，其中任意一P原子和中心B原子各贡献一个价电子形成共价键，见图7—1(b)。在四面体结构的共价晶体中，4个共价键是以s态和P态波函数的线性组合为基础构成了sp3杂化轨道，它们之间具有相同的夹角109。23’，键长为0．1667nm，晶格常数0：4．538A。

立方晶系的c—BP在高压下可稳定到2500％，而处于真空中则在1100％左右会分解。C—BP将部分失去磷形成六方晶型的磷化硼，具有斜方六面体结构(rhombohedral structure)。斜方六面体结构的磷化硼晶体结构与d—B相似。如图7—1(C)所示，由硼的二十面体和交联它们的P—P二原子链结合而成。

用途

用于光学吸收的研究及用作超硬的无机材料等。

应用

研究表明，磷化硼薄膜在宽波段范围内具有良好的透光性，并且在同类薄膜中具有的抗雨蚀性能，能使基底的损伤阈值速度(DTV)得到的提高。与碳化锗相比，磷化硼具有更好的力学性能，它的努氏硬度为47GPa，是蓝宝石的2倍以上，而其弹性模量也高达270GPa，在所有闪锌矿结构的二元共价化合物中最高；与金刚石相比，磷化硼薄层具有更好的附着性，更利于大面积沉积；与DLC相比，磷化硼具有更低的内应力，能与各种基底材料良好附着，且沉积膜厚无限制。因此磷化硼能成为耐高速飞行红外窗口增透保护膜的优选材料。

除了作为耐高速飞行的红外增透保护膜，磷化硼薄膜在其他恶劣环境下对元件的保护作用也日益受到学者们的重视。磷化硼是潜艇望远镜红外窗口耐腐蚀薄膜的理想材料之一。潜艇的望远镜窗口一旦出海就一直浸泡在海水环境中，窗口不仅要保证高透过率以保持光电系统的灵敏度和分辨率，还要能抵御海水中化学物质的腐蚀。但是潜望镜的窗口材料单晶锗(Ge)易被海水腐蚀，产生的针孔状腐蚀点使光学性能大大降低。磷化硼薄膜良好的化学稳定性与耐腐蚀性能，可以保护红外窗口抵御海水的侵蚀，以保证红外窗口原有的光学性能。