बोरॉन आर्सेनाइड

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बोरोन आर्सेनाइड
Boron-arsenide-unit-cell-1963-CM-3D-balls.png
Identifiers
3D model (JSmol)
ChemSpider
  • InChI=1S/AsB/c1-2
    Key: DBKNIEBLJMAJHX-UHFFFAOYSA-N
  • [B][As]
Properties
BAs
Molar mass 85.733 g/mol[1]
Appearance Brown cubic crystals[1]
Density 5.22 g/cm3[1]
Melting point 1,100 °C (2,010 °F; 1,370 K) decomposes[1]
Insoluble
Band gap 1.82 eV[2]
Thermal conductivity 1300 W/(m·K) (300 K)
Structure[3]
Cubic (sphalerite), cF8, No. 216
F43m
a = 0.4777 nm
4
Related compounds
Other anions
 Boron nitride
Boron phosphide
Boron antimonide
Other cations
 Aluminium arsenide
Gallium arsenide
Indium arsenide
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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बोरोन सबार्सेनाइड
B12As2 3D side view.jpg
Identifiers
Properties
B12As2
Molar mass 279.58 g/mol
Density 3.56 g/cm3[4]
Insoluble
Band gap 3.47 eV
Structure[5]
Rhombohedral, hR42, No. 166
R3m
a = 0.6149 nm, b = 0.6149 nm, c = 1.1914 nm
α = 90°, β = 90°, γ = 120°
6
Related compounds
Other anions
 Boron suboxide
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).

बोरॉन आर्सेनाइड (या हरताल बोराइड) रासायनिक यौगिक है जिसमें बोरॉन और आर्सेनिक सम्मिलित है, सामान्यतः रासायनिक सूत्र बीए के साथ अन्य बोरॉन आर्सेनाइड यौगिकों को जाना जाता है, जैसे कि सबरसेनाइड B12As2. क्यूबिक बीए का रासायनिक संश्लेषण बहुत चुनौतीपूर्ण है और इसके एकल क्रिस्टल रूपों में सामान्यतः दोष होते हैं।[6]

गुण

बीएएस III-V अर्धचालक वर्ग में 0.4777 nm के जाली स्थिरांक और 1.82 eV के अप्रत्यक्ष बैंडगैप के साथ क्यूबिक (स्पैलराइट) अर्धचालक है।[2] बताया गया है कि क्यूबिक बीए 920 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर सबार्सेनाइड B12As2 में विघटित हो जाता है।[7] बोरॉन आर्सेनाइड का गलनांक 2076°C होता है। 300 K पर बीएएस की तापीय चालकता 1300 W/(m·K) के आसपास बहुत अधिक है [6]

क्यूबिक बीए के मूलभूत भौतिक गुणों को प्रयोगात्मक रूप से मापा गया है:[2] बैंड गैप (1.82 eV), ऑप्टिकल अपवर्तक सूचकांक (3.29 तरंग दैर्ध्य 657 एनएम), लोचदार मापांक (326 GPa), क्लिपर्स मापांक, पॉसों का अनुपात, थर्मल विस्तार गुणांक (3.85×10)-6/k), और ताप क्षमता होती है। यह त्रिगुट और चतुर्धातुक अर्धचालकों का उत्पादन करने के लिए गैलियम आर्सेनाइड के साथ मिश्रित किया जा सकता है।[8]

सिलिकॉन के विपरीत बीए में उच्च इलेक्ट्रॉन और छिद्र गतिशीलता >1000 सेमी2/वी/सेकंड होती है, जिसमें उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता किन्तु कम छिद्र गतिशीलता होती है।[9]

इस प्रकार 2023 में, जर्नल प्रकृति (पत्रिका) ने अपने अध्ययन में बताया कि उच्च उच्च दबाव बीए के अधीन अधिकांश पदार्थो में देखी गई विशिष्ट वृद्धि के विपरीत इसकी तापीय चालकता कम हो जाती है।[10][11][12]

बोरॉन सबरसेनाइड

बोरोन आर्सेनाइड भी सबार्सेनाइड्स के रूप में होता है, जिसमें इकोसाहेड्रल बोराइड B12As2 भी सम्मिलित है। यह बोरॉन परमाणुओं के समूहों और दो-परमाणु जैसे-जैसे श्रृंखलाओं पर आधारित एक समचतुर्भुज संरचना के साथ R3m अंतरिक्ष समूह से संबंधित है। इस प्रकार यह एक वाइड-बैंडगैप अर्धचालक (3.47 eV) है जिसमें विकिरण क्षति को "स्वयं-ठीक" करने की असाधारण क्षमता है।[13] इस रूप को सिलिकन कार्बाइड जैसे सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) पर उगाया जा सकता है। [14] सौर सेल निर्माण के लिए एक अन्य उपयोग [8][15] प्रस्तावित किया गया था किन्तु वर्तमान में इस उद्देश्य के लिए इसका उपयोग नहीं किया जाता है।

अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक्स थर्मल प्रबंधन में उपयोग के लिए बोरॉन आर्सेनाइड सबसे आकर्षक है।[16] इस प्रकार जीएएन-बीएएस हेट्रोस्ट्रक्चर बनाने के लिए गैलियम नाइट्राइड ट्रांजिस्टर के साथ प्रायोगिक एकीकरण का प्रदर्शन किया गया है और सिलिकॉन कार्बाइड या डायमंड सबस्ट्रेट्स पर सर्वश्रेष्ठ जीएएन उच्च-इलेक्ट्रॉन-गतिशीलता ट्रांजिस्टर उपकरणों की तुलना में उत्तम प्रदर्शन दिखाता है। विनिर्माण बीए कंपोजिट को अत्यधिक संचालन और लचीले थर्मल इंटरफेस के रूप में विकसित किया गया था।[17]

पहले सिद्धांतों की गणना ने पूर्वानुमान किया है कि कमरे के तापमान पर क्यूबिक बीए की तापीय चालकता उल्लेखनीय रूप से 2,200 W/(m·K) से अधिक है, जो हीरे और ग्रेफाइट की तुलना में है।[18] दोषों के उच्च घनत्व के कारण बाद के मापों से केवल 190 W/(m·K) का मान प्राप्त हुआ था ।[19][20] इस प्रकार चार-फोनन प्रकीर्णन को सम्मिलित करते हुए वर्तमान के पहले-सिद्धांतों की गणना 1400 W/(m·K) की तापीय चालकता की पूर्वानुमान करती है।[21] इसके पश्चात, दोष-मुक्त बोरॉन आर्सेनाइड क्रिस्टल को प्रयोगात्मक रूप से अनुभव किया गया और 1300 W/(m·K) की अति उच्च तापीय चालकता के साथ मापा गया था ।[6] इस प्रकार सिद्धांत पूर्वानुमानो के अनुरूप दोषों के छोटे घनत्व वाले क्रिस्टल ने 900-1000 W/(m·K) की तापीय चालकता दिखाई है।[22][23]

क्यूबिक के आकार का बोरॉन आर्सेनाइड सिलिकॉन की तुलना में गर्मी और बिजली के संचालन में उत्तम पाया गया है, इस प्रकार साथ ही इलेक्ट्रॉनों और इसके सकारात्मक चार्ज समकक्ष, इलेक्ट्रॉन-छेद दोनों के संचालन में सिलिकॉन की तुलना में उत्तम है।[24]

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 4.53. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Kang, Joon Sang; Li, Man; Wu, Huan; Nguyen, Huuduy; Hu, Yongjie (2019). "क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड के बुनियादी भौतिक गुण". Applied Physics Letters. 115 (12): 122103. arXiv:1911.11281. Bibcode:2019ApPhL.115l2103K. doi:10.1063/1.5116025. S2CID 204184925.
  3. ↑ Perri, J. A; La Placa, S; Post, B (1958). "New group III-group V compounds: BP and BAs". Acta Crystallographica. 11 (4): 310. doi:10.1107/S0365110X58000827.
  4. ↑ Villars, Pierre (ed.) "B12As2 (B6As) Crystal Structure" in Inorganic Solid Phases, Springer, Heidelberg (ed.) SpringerMaterials
  5. ↑ Morosin, B; Aselage, T. L; Feigelson, R. S (2011). "Crystal Structure Refinements of Rhombohedral Symmetry Materials Containing Boron-Rich Icosahedra". MRS Proceedings. 97. doi:10.1557/PROC-97-145.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 Kang, J.; Li, M.; Wu, H.; Nguyen, H.; Hu, Y. (2018). "बोरॉन आर्सेनाइड में उच्च तापीय चालकता का प्रायोगिक अवलोकन". Science. 361 (6402): 575–578. Bibcode:2018Sci...361..575K. doi:10.1126/science.aat5522. PMID 29976798.
  7. ↑ Chu, T. L; Hyslop, A. E (1974). "बोरॉन आर्सेनाइड फिल्म्स की तैयारी और गुण". Journal of the Electrochemical Society. 121 (3): 412. Bibcode:1974JElS..121..412C. doi:10.1149/1.2401826.
  8. ↑ 8.0 8.1 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). "गॉस के साथ मेल खाने वाले एलॉय लैड्स शुरू करता है". Applied Physics Letters. 76 (11): 1443. Bibcode:2000ApPhL..76.1443G. doi:10.1063/1.126058.
  9. ↑ Shin, Jungwoo; Gamage, Geethal Amila; Ding, Zhiwei; Chen, Ke; Tian, Fei; Qian, Xin; Zhou, Jiawei; Lee, Hwijong; Zhou, Jianshi; Shi, Li; Nguyen, Thanh (2022-07-22). "क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड में उच्च एंबिपोलर गतिशीलता". Science (in English). 377 (6604): 437–440. Bibcode:2022Sci...377..437S. doi:10.1126/science.abn4290. ISSN 0036-8075. PMID 35862526. S2CID 250952849.
  10. ↑ "नए सेमीकंडक्टर में दबाव में देखा गया आश्चर्यजनक गर्मी हस्तांतरण व्यवहार". Physics World (in British English). 2023-01-27. Retrieved 2023-01-30.
  11. ↑ Li, Suixuan; Qin, Zihao; Wu, Huan; Li, Man; Kunz, Martin; Alatas, Ahmet; Kavner, Abby; Hu, Yongjie (23 November 2022). "बोरॉन आर्सेनाइड में उच्च दबाव के तहत विषम तापीय परिवहन". Nature (in English). 612 (7940): 459–464. Bibcode:2022Natur.612..459L. doi:10.1038/s41586-022-05381-x. ISSN 1476-4687. PMID 36418403. S2CID 253838186.
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  13. ↑ Carrard, M; Emin, D; Zuppiroli, L (1995). "दोष क्लस्टरिंग और इलेक्ट्रॉन-विकिरणित बोरॉन युक्त ठोस पदार्थों की स्व-उपचार". Physical Review B. 51 (17): 11270–11274. Bibcode:1995PhRvB..5111270C. doi:10.1103/PhysRevB.51.11270. PMID 9977852.
  14. ↑ Chen, H.; Wang, G.; Dudley, M.; Xu, Z.; Edgar, J. H.; Batten, T.; Kuball, M.; Zhang, L.; Zhu, Y. (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.
  15. ↑ Boone, J. L. and Vandoren, T. P. (1980) Boron arsenide thin film solar cell development, Final Report, Eagle-Picher Industries, Inc., Miami, OK. abstract.
  16. ↑ Kang, Joon Sang; Li, Man; Wu, Huan; Nguyen, Huuduy; Aoki, Toshihiro; Hu, Yongjie (2021). "गैलियम नाइट्राइड उपकरणों में बोरॉन आर्सेनाइड कूलिंग सबस्ट्रेट्स का एकीकरण". Nature Electronics. 4 (6): 416–423. doi:10.1038/s41928-021-00595-9. S2CID 236356514..
  17. ↑ Cui, Ying; Qin, Zihao; Wu, Huan; Li, Man; Hu, Yongjie (2021). "उच्च-प्रदर्शन थर्मल प्रबंधन के लिए स्व-इकट्ठे बोरान आर्सेनाइड पर आधारित लचीला थर्मल इंटरफ़ेस". Nature Communications. 12 (1): 1284. Bibcode:2021NatCo..12.1284C. doi:10.1038/s41467-021-21531-7. PMC 7904764. PMID 33627644..
  18. ↑ An unlikely competitor for diamond as the best thermal conductor, Phys.org news (July 8, 2013)
  19. ↑ Lv, Bing; Lan, Yucheng; Wang, Xiqu; Zhang, Qian; Hu, Yongjie; Jacobson, Allan J; Broido, David; Chen, Gang; Ren, Zhifeng; Chu, Ching-Wu (2015). "Experimental study of the proposed super-thermal-conductor: BAs" (PDF). Applied Physics Letters. 106 (7): 074105. Bibcode:2015ApPhL.106g4105L. doi:10.1063/1.4913441. hdl:1721.1/117852. OSTI 1387754. S2CID 54074851.
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बाहरी संबंध

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