性質(zhì)及結(jié)構(gòu)^{【1】【2】【3】【4】【5】}

由于制法不同，磷化硼有紅色透明、暗紅色透明，黑色晶體或柔軟、褐色無定形物質(zhì)等多種?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。不溶于濃硝酸，鹽酸、硫酸、40ef氫氟酸及其混合酸中。在硝酸與過氧化氫、20形和60形氫氧化鈉、氫氧化鈉和溴水、硫酸和硫酸鉀的混合溶液中也都不溶解。不受沸騰的無機酸和堿的浸蝕，在王水中回流加熱亦無變化。磷化硼具有類似耐火材料的性質(zhì)，與氮化硼和金剛石類似，它比碳化硅還硬，并且具有較大的能隙，在空氣中即使在800一10000℃高溫時也具有抗氧化作用。當(dāng)磷化硼在高溫加熱時，因失去磷而形成一種淺灰色殘渣。磷化硼在氯氣中于冷處著火，而在溴中則在微熱狀態(tài)下著火，當(dāng)200℃時在氧中明亮地燃燒，在紅熱時能被大多數(shù)金屬分解。在含氨的氮氣中加熱至800℃可生成氮化硼。

磷化硼單晶(boron phosphide single crystal)周期系第Ⅲ、V族化合物半導(dǎo)體?；瘜W(xué)分子式為BP。共價鍵結(jié)合。有一定的離子鍵成分．屬閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，晶胞由兩類不同原子組成的面心立方晶格套構(gòu)而成，原胞中包含兩個不同族原子，為復(fù)式晶格，晶恪常數(shù)0．4538nm。密度為2．97×10akg／m3，為間接帶隙半導(dǎo)體。室溫時，禁帶寬度為2．00eV。電阻率為10～4Q·m．空穴遷移率為5×10。2m2／(V·S)，400～700nm光的折射率為3～3．5。茸熔占>2000 C．制備困難。磷化硼是化學(xué)穩(wěn)定的化合物。它不溶于濃硝酸、鹽酸、硫酸、409S；氫氟酸以及它們的混合酸。在硝酸和過氧化氫的混合酸中，在20g和60g氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉和溴水的混合物中，硫酸和硫酸鉀的混合物中都不溶解。

磷化硼是由元素P和B構(gòu)成的Ⅲ一V族化合物，主要存在的晶型為立方晶型，記為C—BP，具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)(zinc—blende structure)。C—BP具有和金剛石類似的結(jié)構(gòu)，如圖7—1(a)所示，在閃鋅礦結(jié)構(gòu)的BP晶體中，每個B原子被4個P原子包圍，這4個最近鄰的P原子分布在正四面體的頂角上，其中任意一P原子和中心B原子各貢獻一個價電子形成共價鍵，見圖7—1(b)。在四面體結(jié)構(gòu)的共價晶體中，4個共價鍵是以s態(tài)和P態(tài)波函數(shù)的線性組合為基礎(chǔ)構(gòu)成了sp3雜化軌道，它們之間具有相同的夾角109。23’，鍵長為0．1667nm，晶格常數(shù)0：4．538A。

立方晶系的c—BP在高壓下可穩(wěn)定到2500％，而處于真空中則在1100％左右會分解。C—BP將部分失去磷形成六方晶型的磷化硼，具有斜方六面體結(jié)構(gòu)(rhombohedral structure)。斜方六面體結(jié)構(gòu)的磷化硼晶體結(jié)構(gòu)與d—B相似。如圖7—1(C)所示，由硼的二十面體和交聯(lián)它們的P—P二原子鏈結(jié)合而成。

用途

用于光學(xué)吸收的研究及用作超硬的無機材料等。

應(yīng)用

研究表明，磷化硼薄膜在寬波段范圍內(nèi)具有良好的透光性，并且在同類薄膜中具有的抗雨蝕性能，能使基底的損傷閾值速度(DTV)得到的提高。與碳化鍺相比，磷化硼具有更好的力學(xué)性能，它的努氏硬度為47GPa，是藍寶石的2倍以上，而其彈性模量也高達270GPa，在所有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的二元共價化合物中最高；與金剛石相比，磷化硼薄層具有更好的附著性，更利于大面積沉積；與DLC相比，磷化硼具有更低的內(nèi)應(yīng)力，能與各種基底材料良好附著，且沉積膜厚無限制。因此磷化硼能成為耐高速飛行紅外窗口增透保護膜的優(yōu)選材料。

除了作為耐高速飛行的紅外增透保護膜，磷化硼薄膜在其他惡劣環(huán)境下對元件的保護作用也日益受到學(xué)者們的重視。磷化硼是潛艇望遠鏡紅外窗口耐腐蝕薄膜的理想材料之一。潛艇的望遠鏡窗口一旦出海就一直浸泡在海水環(huán)境中，窗口不僅要保證高透過率以保持光電系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，還要能抵御海水中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。但是潛望鏡的窗口材料單晶鍺(Ge)易被海水腐蝕，產(chǎn)生的針孔狀腐蝕點使光學(xué)性能大大降低。磷化硼薄膜良好的化學(xué)穩(wěn)定性與耐腐蝕性能，可以保護紅外窗口抵御海水的侵蝕，以保證紅外窗口原有的光學(xué)性能。

生產(chǎn)方法^【4】

 1．  磷化氫法  以三氯化硼或三溴化硼和磷化氫反應(yīng)而得。

 2． 三氯化磷法  以三氯化硼和三氯化磷及氫反應(yīng)而得。

 3． 五氯化磷法  以三氯化硼和五氯化磷反應(yīng)而得。

4.  金屬磷化物法  以三氯化硼和金屬磷化物(MP)反應(yīng)而得。

5． 碘化硼法  以碘化硼和磷在二硫化碳中反應(yīng)而得。

 6．金屬溶劑法  由金屬溶劑中結(jié)晶而制得。

將金屬溶劑中硼的熔融物，在高合金組份的熔點的溫度下用磷飽和，將熔融物冷卻而得。

主要制法流程簡述

金屬溶劑法  用一個封閉的管，管的一端處在一個熱區(qū)1200℃左右，并裝有溶劑鎳的硼的熔融物，管的另一末端是一個磷的儲存器，保持一定的溫度來控制磷的壓力，在熔融金屬升高到足夠的溫度后，升高磷的蒸氣壓，用磷將熔融物飽和，然后慢慢冷卻熔融物到凝固點，用酸將溶劑金屬浸提掉，而得磷化硼結(jié)晶。

參考文獻

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