Brevet FR2475519A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne un procédé de fabrication de nitrure de bore solide isotrope. Il est connu que le nitrure de bore solide possède des propriétés qui le rendent particulièrement intéressant pour la construction des tubes électroniques, en particulier sa conductivité thermique élevée, ses propriétés isolantes, même à température très élevée, sa résistance élevée au choc thermique, ses bonnes propriétés sous vide et sa faible constante diélectrique. Le nitrure de bore est préparé actuellement de plusieurs façons: - Par pressage à chaud de poudre de nitrure de bore à laquelle on ajoute un liant, qui peut être l'oxyde de bore, l'oxyde de calcium ou autres. On obtient ainsi des solides que l'on peut usiner aux formes convenables. Toutefois, la présence d'un liant a un effet néfaste sur les propriétés du matériau, en particulier aux températures élevées. - Par réaction chimique en phase gazeuse entre l'ammoniac et le trichlorure de bore sur un support approprié, à une température comprise entre 1500 et 20000 C, sous une pression de quelques centaines de Pascal. Le nitrure de bore ainsi obtenu est très anisotrope et ses propriétés électriques et thermiques en particulier, sont très différentes suivant la direction dans laquelle on fait les mesures. - Par réaction chimique en phase gazeuse entre un organométallique de bore et l'ammoniac, à des températures comprises entre 1200 et 23000 C, sous une pression inférieure à 104 Pascal. On obtient dans ce cas, du nitrure de bore isotrope. Ce procédé est décrit dans le brevet Raytheon nO 1 539 247. - Par réaction chimique en phase gazeuse entre le diborane et l'ammoniac a' une à température supérieure à 1200 C et sous une pression inférieure à 2.104 Pascal environ. On obtient du nitrure de bore isotrope, mais la conduite du procédé est délicate du fait de la nécessité d'une réaction chimique intermédiaire sans laquelle le nitrure de bore déposé est anisotrope. Ce procédé est décrit dans le brevet Varian N" 3 561 920. L'expérience laisse à penser que pour obtenir du nitrure de bore isotrope, on doit introduire dans la réaction des atomes étrangers tels que oxygène et carbone. On pense que le mécanisme de la croissance isotrope est le suivant: - à partir d'un composé gazeux du bore, on forme sur le substrat chaud d'abord de l'oxyde de bore liquide à la température de réaction puis cet oxyde est réduit par le carborne en bore et oxyde de carbone. Le bore ainsi formé est nitruré par l'azote de l'ammoniac. La présente invention concerne un procédé de fabrication de nitrure de bore solide isotrope par une méthode particulièrement aisée à mettre en oeuvre consistant à introduire dans le réacteur, en même temps que le composé de bore et l'ammoniac, un composé organique contenant carbone, oxygène, hydrogène, en général un alcool ou un éther. Le composé gazeux de bore peut être choisi parmi l'un des corps de formule générale Bm Rn en particulier le déborane (B2 H6) ou bien des corps tels que B2 H5 Br, B2 H5 C1, B2 H7 N. Quand on utilise le diborane et l'alcool méthylique, la réaction globale peut être résumée de la façon suivante: B2H6 + 6CH30H + 2NH3 2BN + 6CO + 18 H2 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé donné à titre d'exemple illustre un dispositif utilisable pour déposer le nitrure de bore isotrope en phase vapeur, conformément à l'invention. Un support, sur lequel du nitrure de bore isotrope doit être formé est placé dans un four d'un type généralement utilisé pour le dépôt en phase vapeur. Le support peut être fait en tout matériau approprié résistant aux températures élevées du procédé de dépôt, tel que le graphite, le nitrure de bore par exemple. Le support est placé de façon appropriée dans une zone 2 de réaction de four 1. Une cuve 10 assure l'alimentation en diborane ; le diborane passe par un conduit il, une vanne 12, un conduit 13, un débitmètre 14 d'où il s'écoule par un conduit 15, une vanne I6 et un conduit 17. De même une cuve 20 assure l'alimentation en ammoniac, celui-ci est dirigé par un conduit 21, une vanne 22, un conduit 23, un débitmètre 24, d'où il s'écoule par un conduit 25, une vanne 26 et un conduit 27 qui arrive dans une cuve 30 contenant l'alcool par exemple chauffé à une température d'environ 300C, légèrement supérieure à l'ambiante. Les vapeurs mélangées d'alcool et d'ammoniac sont dirigées par un conduit 31, une vanne 32, un conduit 33, un débitmètre 34, un conduit 35, une vanne 36, un conduit 37 qui rejoint le conduit 17 dirigeant le courant de diborane. - Un conduit 40 dirige un courant du mélange des réactifs sur un support de la zone réactionnelle 2 du four 1. Selon l'invention, on met la zone réactionnelle du four sous une pression inférieure à 2.103 Pascal et sensiblement voisine de celle-å; le support est chauffé dans le four à une température supérieure à 1600"C, dans une fourchette d'une cinquantaine de degrés; il reçoit le courant des vapeurs mélangées pendant un temps suffisant pour permettre la formation d'un dépôt pyrolytique de nitrure de bore isotrope prune épaisseur voulue. Les gaz qui n'ont pas réagi et les produits gazeux de la réaction sont éliminés du four 1 au moyen d'un piège froid et d'une pompe mécanique 9. La pyrolyse terminée, on ferme l'arrivée des réactifs gazeux et on laisse la température revenir à la température ambiante, le support revêtu de nitrure de bore isotrope étant alors prêt pour être utilisé. Le nitrure de bore solide trouve ses applications dans la construction des tubes électroniques ; il sert notamment de support pour le centrage des lignes à retard dans ces tubes. Ses qualités d'isolant à faible constante diélectrique entraînent une diminution des perturbations de propagation dans la ligne à retard, ce qui le fait préférer à l'alumine auparavant couramment utilisé dans ce type d'applications. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de nitrure de bore solide isotrope, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) Mise à une température de 1 6000C au moins, dans une fourchette de 500C, d'une chambre de réaction contenant le support sur lequel doit avoir lieu le dépôt de nitrure de bore isotrope, ladite chambre comprenant un conduit d'entrée pour l'arrivée des réactifs gazeux et un conduit de sortie pour l'élimination des produits gazeux n'ayant pas participé à la réaction. b) Mise à une pression inférieure à 2.103 Pascal et sensiblement voisine de cette valeur de ladite chambre de réaction. c) Introduction simultanée dans le conduit d'entrée de ladite chambre de réaction d'un courant gazeux constitué d'un mélange d'un composé gazeux de bore, d'ammoniac et d'un composé organique contenant du carbone de l'hydrogène et de l'oxygène, préalablement chauffé à une température ne dépassant pas sensiblement 30 C, dans les proportions suivantes: - 1 mole de composé gazeux de bore; - 20 moles d'ammoniac; - 9 moles de composé organique; 2. Procédé de fabrication de nitrure de bore isotrope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé gazeux de bore entrant dans la réaction est du diborane (B2 H6). 3. Procédé de fabrication de nitrure de bore isotrope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organique entrant dans la réaction est un alcool.