一种生长立方磷化硼晶体的方法及立方磷化硼晶体

本申请属于磷化物晶体生长，具体涉及一种生长立方磷化硼晶体的方法及立方磷化硼晶体。

背景技术：

1、磷化硼是一种由硼、磷两种轻质且储量丰富的元素组成的iii-v族化合物半导体材料，其晶体通常呈立方闪锌矿结构，故称为立方磷化硼晶体或立方磷化硼（c-bp）。立方磷化硼因其出色的化学稳定性、热稳定性和电子学特性，在众多领域具有广阔的应用前景。

2、在立方磷化硼晶体的制备方面，本领域目前普遍采用助熔剂法（flux method）来制备磷化硼晶体，例如公开号为cn111333079a的中国专利申请中，以硼源材料和磷源材料为反应原料，引入金属助熔剂以降低反应体系的熔点，进而在真空封管的条件下通过高温溶液生长过程使磷化硼晶体结晶析出，再经酸洗、水洗、干燥等后处理获得磷化硼材料。常用的金属助熔剂包括镍、锡、铜、镁、银、铟、锑等单一金属或含磷的金属磷化物，通过调整原料配比与温度程序，可在一定程度上实现对磷化硼材料粒径和结构形貌（如空心、团簇、纤维状等）的调控。

3、然而，现有单一金属助熔剂制备磷化硼时，难以同时兼顾低温液相形成能力、硼原料的有效溶解/反应能力以及磷化硼晶体的高质量生长。其中，高熔点助熔剂在较低温度下液相形成不足，而部分低熔点助熔剂虽然能够形成液相，但对硼的溶解及反应促进作用有限，导致反应温区窄、原料利用率低、产率不足或所得磷化硼晶体团聚严重、晶面发育不完整。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的首要目的在于提供一种生长立方磷化硼晶体的方法，该方法采用sn-ni双金属助熔体系，从而能够在宽温度窗口内进行立方磷化硼的生长，并且生长的立方磷化硼具有高产率、高相纯度和晶面完整的多面体晶体形貌。

2、为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

3、本申请的一个方面公开了一种生长立方磷化硼晶体的方法，包括以下步骤：

4、取单质硼、单质磷和金属助熔剂混合后，置于密封容器中；

5、将密封容器加热至目标温度850~1150℃，并在所述目标温度下保温，随后冷却；

6、采用溶除剂处理冷却后的产物，以溶除所述金属助熔剂，获得立方磷化硼晶体；

7、其中，所述金属助熔剂为金属锡和金属镍。

8、本申请的另一个方面公开了一种立方磷化硼晶体，采用上述的方法生长获得，所述晶体为形状规整的多面体晶体；

9、其xrd显示该晶体为单相立方bp，拉曼lo模峰位828~830 cm-¹且半高宽≤10 cm-¹，晶体横向尺寸≥10 μm。

10、本申请至少具有以下有益效果：

11、本申请中采用锡（sn）和镍（ni）组成的双金属助熔体系进行立方磷化硼晶体的生长，该方法可在850~1150℃宽温度窗口范围内稳定获得相纯立方bp晶体，降低了炉温梯度与批次波动的影响；并且产物的b基产率为69.61%~80.75%（平均产率为74.18%），较ni单熔剂体系（55.74%~61.80%）提高10.92~25.01个百分点。本申请方法生长的晶体产物为形状规整的多面体晶体，横向尺寸数十微米、部分超过50 μm，拉曼主峰（lo模，约829 cm-¹）峰位稳定、半高宽窄（7.9-9.5 cm-¹），xrd无可见杂相，具有良好的晶体形貌。

12、此外，本申请的方法无需预合成金属磷化物或bp籽晶，金属助熔剂可湿法分离，采用的原料均为常见且易得的商业单质粉末，适合规模化与批量制备。

1.一种生长立方磷化硼晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单质硼为无定形硼粉，所述单质磷为红磷颗粒，所述金属锡为锡粉，所述金属镍为镍粉。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各原料中，硼：磷：镍：锡的摩尔比为4:5:（5.5~6.5）:（8~20）。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封容器为真空密封，其真空度优于10-2pa。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保温的时长为12-48 h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却的方式为受控降温或随炉冷却中的一种。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述受控降温的降温速度为5-20℃/h。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶除剂为王水。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在溶除所述金属助熔剂后，还包括洗涤和干燥的步骤。

10.一种立方磷化硼晶体，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法生长获得，所述晶体为形状规整的多面体晶体；