تم تصنيع نيتريد الألومنيوم (AlN) لأول مرة في عام 1877 ، ولكن تطبيقه المحتمل في الإلكترونيات الدقيقة لم يحفز تطوير مواد عالية الجودة وقابلة للتطبيق تجاريًا حتى منتصف الثمانينيات.

AIN هو شكل نترات الألومنيوم. يختلف نيتريد الألومنيوم عن نترات الألومنيوم من حيث أنه مركب نيتروجين بحالة أكسدة محددة تبلغ -3 ، بينما تشير النترات إلى أي إستر أو ملح لحمض النيتريك. الهيكل البلوري لهذه المادة هو سداسي Wurtzite.

توليف العين

يتم إنتاج AlN إما من خلال الاختزال الكربوني الحراري للألومينا أو النيتريد المباشر للألمنيوم. تبلغ كثافته 3.33 جم / سم 3 ، وعلى الرغم من عدم ذوبانه ، فإنه يتفكك عند درجات حرارة أعلى من 2500 درجة مئوية والضغط الجوي. بدون مساعدة المواد المضافة المكونة للسائل ، تكون المادة مرتبطة تساهميًا ومقاومة للتلبيد. عادة ، تسمح أكاسيد مثل Y2O3 أو CaO بالتلبيد في درجات حرارة تتراوح بين 1600 و 1900 درجة مئوية.

يمكن تصنيع الأجزاء المصنوعة من نيتريد الألومنيوم عبر مجموعة متنوعة من الطرق ، بما في ذلك الضغط المتساوي البارد ، وقولبة حقن السيراميك ، وقولبة الحقن بالضغط المنخفض ، وصب الشريط ، والتشغيل الآلي الدقيق ، والضغط الجاف.

دلائل الميزات

AlN منيع لمعظم المعادن المنصهرة ، بما في ذلك الألومنيوم والليثيوم والنحاس. إنه منيع لغالبية الأملاح المنصهرة ، بما في ذلك الكلوريدات والكريوليت.

نيتريد الألمنيوم يمتلك موصلية حرارية عالية (170 واط / مك ، 200 واط / مك ، 230 واط / م ك) بالإضافة إلى مقاومة عالية الحجم وقوة عازلة.

إنه عرضة للتحلل المائي في شكل مسحوق عند تعرضه للماء أو الرطوبة. بالإضافة إلى ذلك ، تهاجم الأحماض والقلويات نيتريد الألومنيوم.

هذه المادة هي عازل للكهرباء. المنشطات تعزز التوصيل الكهربائي للمادة. يعرض AIN خصائص كهرضغطية.

التطبيقات

الإلكترونيات الدقيقة

الميزة الأكثر بروزًا لـ AlN هي الموصلية الحرارية العالية ، والتي تأتي في المرتبة الثانية بعد البريليوم بين مواد السيراميك. عند درجات حرارة أقل من 200 درجة مئوية ، فإن الموصلية الحرارية لها تفوق تلك الخاصة بالنحاس. يتيح هذا المزيج من الموصلية العالية ومقاومة الحجم والقوة العازلة استخدامه كركائز وتعبئة لتجميعات المكونات الإلكترونية الدقيقة عالية الطاقة أو عالية الكثافة. تعد الحاجة إلى تبديد الحرارة الناتجة عن الفقد الأومي والحفاظ على المكونات ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل أحد العوامل المحددة التي تحدد كثافة تعبئة المكونات الإلكترونية. توفر ركائز AlN تبريدًا أكثر فعالية من الركائز الخزفية التقليدية وغيرها ، وهذا هو سبب استخدامها كناقلات للرقائق ومشتتات حرارية.

يجد نيتريد الألومنيوم تطبيقًا تجاريًا واسع النطاق في مرشحات RF لأجهزة الاتصالات المحمولة. توجد طبقة من نيتريد الألومنيوم بين طبقتين من المعدن. تشمل التطبيقات الشائعة في القطاع التجاري العزل الكهربائي ومكونات إدارة الحرارة في أجهزة الليزر ، والشيبليت ، والكوليت ، والعوازل الكهربائية ، وحلقات التثبيت في معدات معالجة أشباه الموصلات ، وتغليف أجهزة الميكروويف.

تطبيقات أخرى

بسبب حساب AlN ، اقتصرت تطبيقاتها تاريخياً على الطيران العسكري ومجالات النقل. ومع ذلك ، فقد تمت دراسة المادة على نطاق واسع واستخدامها في مجموعة متنوعة من المجالات. خصائصه المفيدة تجعله مناسبًا لعدد من التطبيقات الصناعية المهمة.

تشمل التطبيقات الصناعية لـ AlN المركبات المقاومة للصهر لمعالجة المعادن المنصهرة العدوانية وأنظمة التبادل الحراري الفعالة.

تُستخدم هذه المادة لبناء بوتقات لنمو بلورات زرنيخيد الغاليوم ، كما تُستخدم في إنتاج الفولاذ وأشباه الموصلات.

تشمل الاستخدامات المقترحة الأخرى لنتريد الألومنيوم كجهاز استشعار كيميائي للغازات السامة. كان استخدام الأنابيب النانوية AIN لإنتاج أنابيب نانوية شبه أحادية البعد لاستخدامها في هذه الأجهزة موضوعًا للبحث. في العقدين الماضيين ، تم أيضًا فحص الثنائيات الباعثة للضوء التي تعمل في الطيف فوق البنفسجي. تم تقييم تطبيق AIN الرقيق في مستشعرات الموجات الصوتية السطحية.