Claims (25)
1. Композиция, содержащая:1. A composition comprising:
поликристаллический нитрид металла, содержащий множество зерен, и зерна имеют колончатую структуру; при этом нитрид металла имеет одну или более характеристик из:polycrystalline metal nitride containing many grains, and the grains have a columnar structure; wherein the metal nitride has one or more characteristics of:
зерна имеют средний размер зерна в диапазоне от 10 нм до 1 мм;grains have an average grain size in the range from 10 nm to 1 mm;
нитрид металла имеет содержание примеси менее чем 200 промилле;metal nitride has an impurity content of less than 200 ppm;
нитрид металла имеет пористость, в объемной доли, в диапазоне от 0,1 до 30%;metal nitride has porosity in a volume fraction in the range from 0.1 to 30%;
нитрид металла характеризуется кажущейся плотностью в диапазоне от 70 до 99,8% от теоретического значения плотности, соответствующей нитриду металла; илиmetal nitride is characterized by an apparent density in the range from 70 to 99.8% of the theoretical value of the density corresponding to the metal nitride; or
атомной долей металла в нитриде металла, которая находится в диапазоне от 0,49 до 0,55.atomic fraction of metal in metal nitride, which is in the range from 0.49 to 0.55.
2. Композиция по п.1, в которой металл включает в себя один или более из: алюминия, индия или галлия.2. The composition according to claim 1, in which the metal includes one or more of: aluminum, indium or gallium.
3. Композиция, согласно любому из пп.1 и 2, в которой среднее число зерен в множестве находится в диапазоне от 100 до 100000 на см3, и в которой пористость нитрида металла в виде объемной доли находится в диапазоне от 0,1% до 10%.3. The composition according to any one of claims 1 and 2, in which the average number of grains in the set is in the range from 100 to 100,000 per cm 3 , and in which the porosity of the metal nitride in the form of a volume fraction is in the range from 0.1% to 10%.
4. Композиция по п.1, в которой средний диаметр зерна находится в диапазоне от 1 мм до 10 мкм.4. The composition according to claim 1, in which the average grain diameter is in the range from 1 mm to 10 μm.
5. Композиция по п.1, в которой содержание примеси в нитриде металла находится в диапазоне от 15 до 100 промилле, и примесь состоит по существу из кислорода.5. The composition according to claim 1, in which the impurity content in the metal nitride is in the range from 15 to 100 ppm, and the impurity consists essentially of oxygen.
6. Композиция по п.1, в которой содержание кислорода нитрида металла составляет менее чем 20 промилле.6. The composition according to claim 1, in which the oxygen content of the metal nitride is less than 20 ppm.
7. Композиция по п.1, в которой кажущаяся плотность поликристаллического нитрида металла находится в диапазоне от 85% до 95% от теоретического значения, и в которой атомная доля металла в нитриде металла находится в диапазоне от 0,50 до 0,51.7. The composition according to claim 1, in which the apparent density of the polycrystalline metal nitride is in the range from 85% to 95% of the theoretical value, and in which the atomic fraction of the metal in the metal nitride is in the range from 0.50 to 0.51.
8. Композиция по п.1, дополнительно содержащая один или более допантов, способных к созданию одного или более: материала n-типа, материала p-типа, полупроводникового материала, магнитного материала и люминесцентного материала.8. The composition according to claim 1, additionally containing one or more dopants capable of creating one or more: n-type material, p-type material, semiconductor material, magnetic material and luminescent material.
9. Композиция по п.1, в которой концентрация допанта составляет более чем 1016 атомов на см3.9. The composition according to claim 1, in which the concentration of the dopant is more than 10 16 atoms per cm 3 .
10. Композиция по п.1, в которой поликристаллический нитрид металла имеет межзеренную прочность на изгиб более чем 20 МПа.10. The composition according to claim 1, in which the polycrystalline metal nitride has an intergrain bending strength of more than 20 MPa.
11. Изделие, содержащее композицию по п.1, в которой изделие имеет форму с одним или более размерами длины, высоты или ширины в диапазоне более чем 1 мм.11. The product containing the composition according to claim 1, in which the product has a shape with one or more dimensions of length, height or width in the range of more than 1 mm
12. Изделие по п.11, имеющее одну или более поверхностей, которые характеризуются средним квадратичным значением шереховатости, которая составляет менее чем 1 нм.12. The product according to claim 11, having one or more surfaces, which are characterized by a root mean square roughness value, which is less than 1 nm.
13. Изделие по п.11, имеющее одну или несколько поверхностей, которые были протравлены, отполированы, разрезаны или нарезаны на куски для образования пластины.13. The product according to claim 11, having one or more surfaces that have been etched, polished, cut or cut into pieces to form a plate.
14. Электронное устройство, содержащее изделие согласно любому из пп.11-13, и одну или более структур, закрепленных на изделии, при этом:14. An electronic device containing the product according to any one of paragraphs.11-13, and one or more structures attached to the product, while:
закрепленная структура выбрана из группы, состоящей из катода, анода, электрического проводника или комбинации из двух или более из перечисленных, иthe fixed structure is selected from the group consisting of a cathode, anode, electrical conductor, or a combination of two or more of these, and
устройство является действующим как одно или более из преобразователя, диода, детектора или датчика.the device is acting as one or more of a converter, diode, detector or sensor.
15. Устройство для получения материалов поликристаллического нитрида металла из металлов III группы в качестве исходного материала, содержащее:15. A device for producing materials of polycrystalline metal nitride from metals of group III as a source material, containing:
корпус, имеющий внутреннюю поверхность, образующую камеру;a housing having an inner surface forming a chamber;
источник энергии вблизи корпуса и выполненный с возможностью подвода энергии в камеру;an energy source near the housing and configured to supply energy to the chamber;
первый впуск, сообщающийся с камерой и выполненный с возможностью пропускания азотсодержащего газа в камеру;a first inlet communicating with the chamber and configured to pass nitrogen-containing gas into the chamber;
второй впуск, сообщающийся с камерой и выполненный с возможностью пропускания галогенидсодержащего газа в камеру;a second inlet communicating with the chamber and configured to pass a halide-containing gas into the chamber;
по меньшей мере, одну рифленую поверхность, перегородку, отверстие и фритту для обеспечения смешивания азотсодержащего газа и галогенидсодержащего газа;at least one corrugated surface, a baffle, a hole and a frit for mixing nitrogen-containing gas and a halide-containing gas;
тигель, выполненный с возможностью получения сырьевого исходного материала в виде металла III группы, и тигель, расположенный в камере относительно первого и второго впусков так, что тигель полностью расположен ниже по течению смешанного потока азотсодержащего газа и галогенидсодержащего газа;a crucible configured to obtain a raw material source in the form of a metal of group III, and a crucible located in the chamber relative to the first and second inlets so that the crucible is completely located downstream of the mixed stream of nitrogen-containing gas and a halide-containing gas;
выход, сообщающийся с камерой снаружи камеры и выполненный с возможностью выпуска газа изнутри камеры наружу;an outlet communicating with the chamber outside the chamber and configured to discharge gas from the inside of the chamber to the outside;
датчик, выполненный с возможностью измерения одного или более значений температуры или давления в камере;a sensor configured to measure one or more temperature or pressure values in the chamber;
клапан, выполненный с возможностью блокировки потока к одному или более впуску;a valve configured to block flow to one or more inlets;
и контроллер, сообщающийся с один или более датчиком, клапаном или источником энергии.and a controller in communication with one or more sensors, valves or energy sources.
16. Устройство по п.15, в котором тигель представляет собой жаропрочную композицию, содержащую оксиды, нитриды или бориды кремния, алюминия, магния, бора, циркония, бериллия, графита, молибдена, вольфрама или рения, или их смеси.16. The device according to clause 15, in which the crucible is a heat-resistant composition containing oxides, nitrides or borides of silicon, aluminum, magnesium, boron, zirconium, beryllium, graphite, molybdenum, tungsten or rhenium, or a mixture thereof.
17. Устройство, согласно любому из пп.15-16, дополнительно содержащее очиститель в месте использования, сообщающийся с, по меньшей мере, одним впуском, и при этом корпус является вертикальной печью или горизонтальной печью.17. The device according to any one of paragraphs.15-16, further comprising a cleaner at the place of use, communicating with at least one inlet, and wherein the housing is a vertical furnace or horizontal furnace.
18. Устройство по п.15, в котором тигель является одним из множества тиглей, расположенных в камере, и при этом множество тиглей штаблируют вертикально друг относительно друга или располагают горизонтально друг относительно друга.18. The device according to clause 15, in which the crucible is one of many crucibles located in the chamber, and the many crucibles stack vertically relative to each other or horizontally relative to each other.
19. Устройство по п.15, дополнительно содержит впуск для сырьевого исходного материала, сообщающийся с камерой и выполнен с возможностью пропускания потока, по меньшей мере, металла III группы в качестве сырьевого исходного материала в камеру.19. The device according to clause 15, further comprises an inlet for the raw source material in communication with the camera and configured to transmit a stream of at least Group III metal as a raw material source into the chamber.
20. Устройство по п.15, в котором сырьевой исходный материал в виде металла III группы расплавляют, и при этом впуск для сырьевого материала содержит вещество, выбранное из группы, состоящей из расплавленного кварца, окиси алюминия и смеси нитрида бора, диборида титана и примерно от 0,15 до 10 вес.% соединения редкоземельного металла, выбранного из одного из оксида, карбида, нитрида и их смесей.20. The device according to clause 15, in which the raw material in the form of a metal of group III is melted, and the inlet for the raw material contains a substance selected from the group consisting of molten quartz, aluminum oxide and a mixture of boron nitride, titanium diboride and approximately from 0.15 to 10% by weight of a rare earth metal compound selected from one of oxide, carbide, nitride and mixtures thereof.
21. Устройство по п.15, в котором впуск для сырьевого материала имеет множество выходов для того, чтобы сырьевой исходный материал в виде металла III группы в виде расплава протекал из впуска во множество тиглей, и каждый тигель расположен соответствующим каждому из множества выходов.21. The device according to clause 15, in which the inlet for the raw material has many outlets so that the raw material source in the form of a metal of group III in the form of a melt flows from the inlet into many crucibles, and each crucible is located corresponding to each of the many exits.
22. Способ получения материалов поликристаллического нитрида металла из металлов III группы, включающий в себя:22. A method of obtaining materials of polycrystalline metal nitride from metals of group III, including:
прохождение азотсодержащего материала в камеру, образованную корпусом;the passage of nitrogen-containing material into the chamber formed by the housing;
обеспечение металла III группы в камере в тигле в качестве сырьевого исходного материала;providing a metal of group III in the chamber in the crucible as a raw material source;
нагревание камеры до заданной температуры и создание в камере заданного давления;heating the chamber to a predetermined temperature and creating a predetermined pressure in the chamber;
прохождение галогенида водорода в камеру для перемешивания с азотсодержащим материалом; иpassage of hydrogen halide into the chamber for mixing with nitrogen-containing material; and
взаимодействие азотсодержащего материала с металлом III группы в камере,the interaction of nitrogen-containing material with a metal of group III in the chamber,
образование нитрида металла в тигле, который первоначально содержал металл.the formation of metal nitride in a crucible that originally contained metal.
23. Способ по п.22, в котором металлом III группы является один или более из: алюминий, галлий и индий, и при этом стадия прохождения азотсодержащего материала включает прохождение аммиака.23. The method according to item 22, in which the metal of group III is one or more of: aluminum, gallium and indium, and wherein the step of passing a nitrogen-containing material comprises passing ammonia.
24. Способ, согласно любому из пп.22 и 23, дополнительно включающий в себя поддержание температуры на выпуске большей, чем примерно 2000°С.24. The method according to any one of paragraphs 22 and 23, further comprising maintaining the temperature at the outlet greater than about 2000 ° C.
25. Способ по п.22, дополнительно включающий в себя обработку нитрида металла с помощью одного или более из:25. The method according to item 22, further comprising processing the metal nitride using one or more of:
зачистки, промывки или разрыхления поверхности нитрида металла;stripping, washing or loosening the surface of metal nitride;
окисления поверхности нитрида металла на воздухе или в сухой кислородной атмосфере; иoxidizing the surface of a metal nitride in air or in a dry oxygen atmosphere; and
кипячения нитрида металла в хлорной кислоте.
boiling metal nitride in perchloric acid.