Aluminiumnitride (AlN) is vir die eerste keer in 1877 gesintetiseer, maar die potensiële toepassing daarvan in mikro-elektronika het nie die ontwikkeling van hoëgehalte, kommersieel lewensvatbare materiaal aangespoor tot die middel-1980's nie.
AIN is 'n aluminiumnitraatvorm. Aluminiumnitried verskil van aluminiumnitraat deurdat dit 'n stikstofverbinding is met 'n spesifieke oksidasietoestand van -3, terwyl nitraat na enige ester of sout van salpetersuur verwys. Hierdie materiaal se kristalstruktuur is seskantige wurtziet.
Sintese van AIN
AlN word geproduseer deur óf die karbotermiese reduksie van aluminium óf die direkte nitrasie van aluminium. Dit het ’n digtheid van 3,33 g/cm3 en dissosieer, ten spyte daarvan dat dit nie smelt nie, by temperature bo 2500 °C en atmosferiese druk. Sonder die hulp van vloeistofvormende bymiddels is die materiaal kovalent gebind en bestand teen sintering. Tipies laat oksiede soos Y2O3 of CaO sintering toe by temperature tussen 1600 en 1900 grade Celsius.
Onderdele gemaak van aluminiumnitried kan vervaardig word deur 'n verskeidenheid metodes, insluitend koue isostatiese pers, keramiek spuitgiet, laedruk spuitgiet, bandgiet, presisie bewerking en droë pers.
Sleutel kenmerke
AlN is ondeurdringbaar vir die meeste gesmelte metale, insluitend aluminium, litium en koper. Dit is ondeurdringbaar vir die meeste gesmelte soute, insluitend chloriede en krioliet.
Aluminiumnitried beskik oor hoë termiese geleidingsvermoë (170 W/mk, 200 W/mk, en 230 W/mk) sowel as hoë volume weerstand en diëlektriese sterkte.
Dit is vatbaar vir hidrolise in poeiervorm wanneer dit aan water of humiditeit blootgestel word. Daarbenewens val sure en alkalieë aluminiumnitried aan.
Hierdie materiaal is 'n isolator vir elektrisiteit. Doping verhoog die elektriese geleidingsvermoë van 'n materiaal. AIN vertoon piëzo-elektriese eienskappe.
Aansoeke
Mikro-elektronika
Die mees merkwaardige eienskap van AlN is sy hoë termiese geleidingsvermoë, wat slegs tweede is na berillium onder keramiekmateriale. By temperature onder 200 grade Celsius oortref sy termiese geleidingsvermoë dié van koper. Hierdie kombinasie van hoë geleidingsvermoë, volume weerstand en diëlektriese sterkte maak die gebruik daarvan moontlik as substrate en verpakking vir hoëkrag- of hoëdigtheid mikro-elektroniese komponentsamestellings. Die behoefte om hitte wat deur ohmiese verliese gegenereer word te verdryf en die komponente binne hul bedryfstemperatuurreeks te hou, is een van die beperkende faktore wat die digtheid van verpakking van elektroniese komponente bepaal. AlN-substrate bied meer effektiewe verkoeling as konvensionele en ander keramieksubstrate, en daarom word dit as skyfiedraers en hitte-sinks gebruik.
Aluminiumnitried vind wydverspreide kommersiële toepassing in RF-filters vir mobiele kommunikasietoestelle. ’n Laag aluminiumnitried is tussen twee lae metaal geleë. Algemene toepassings in die kommersiële sektor sluit in elektriese isolasie en hittebestuurkomponente in lasers, chiplets, spantange, elektriese isolators, klemringe in halfgeleierverwerkingstoerusting en mikrogolftoestelverpakking.
Ander toepassings
As gevolg van die koste van AlN, is sy toepassings histories beperk tot die militêre lugvaart- en vervoervelde. Die materiaal is egter omvattend bestudeer en in 'n verskeidenheid velde gebruik. Die voordelige eienskappe daarvan maak dit geskik vir 'n aantal belangrike industriële toepassings.
AlN se industriële toepassings sluit vuurvaste komposiete in vir die hantering van aggressiewe gesmelte metale en doeltreffende hitte-uitruilstelsels.
Hierdie materiaal word gebruik om smeltkroeë te bou vir die groei van galliumarseniedkristalle en word ook gebruik in die vervaardiging van staal en halfgeleiers.
Ander voorgestelde gebruike vir aluminiumnitried sluit in as 'n chemiese sensor vir giftige gasse. Die gebruik van AIN-nanobuise om kwasi-eendimensionele nanobuise vir gebruik in hierdie toestelle te vervaardig, was die onderwerp van navorsing. In die afgelope twee dekades is liguitstralende diodes wat in die ultravioletspektrum werk, ook ondersoek. Die toepassing van dun-film AIN in oppervlak akoestiese golf sensors is geëvalueer.
