बोरॉन आर्सेनाइड

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।

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। बताया गया है कि क्यूबिक बीए 920 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर सबार्सेनाइड B12As2 में विघटित हो जाता है। बोरॉन आर्सेनाइड का गलनांक 2076°C होता है। 300 K पर बीएएस की तापीय चालकता 1300 W/(m·K) के आसपास बहुत अधिक है

क्यूबिक बीए के मूलभूत भौतिक गुणों को प्रयोगात्मक रूप से मापा गया है: 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।

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।

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।

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। इस रूप को सिलिकन कार्बाइड जैसे सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) पर उगाया जा सकता है। सौर सेल निर्माण के लिए एक अन्य उपयोग 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। 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।

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। दोषों के उच्च घनत्व के कारण बाद के मापों से केवल 190 W/(m·K) का मान प्राप्त हुआ था । 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। 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 । इस प्रकार सिद्धांत पूर्वानुमानो के अनुरूप दोषों के छोटे घनत्व वाले क्रिस्टल ने 900-1000 W/(m·K) की तापीय चालकता दिखाई है।

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।

बाहरी संबंध

 * 2020 paper by Malica and Dal Corso - Temperature dependent elastic constants and thermodynamic properties of बीएएस: An ab initio investigation
 * Matweb data
 * High ambipolar mobility in cubic boron arsenide, Science
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