Нітрыд алюмінію (AlN) быў упершыню сінтэзаваны ў 1877 годзе, але яго патэнцыйнае прымяненне ў мікраэлектроніцы не стымулявала распрацоўку высакаякаснага, камерцыйна жыццяздольнага матэрыялу да сярэдзіны 1980-х гадоў.
AIN - гэта форма нітрату алюмінія. Нітрыд алюмінія адрозніваецца ад нітрату алюмінія тым, што ўяўляе сабой злучэнне азоту са спецыфічнай ступенню акіслення -3, у той час як нітрат адносіцца да любога эфіру або солі азотнай кіслаты. Крышталічная структура гэтага матэрыялу ўяўляе сабой гексагональную вюрцыт.
Сінтэз AIN
AlN вырабляецца шляхам карбатэрмічнага аднаўлення аксіду алюмінію або прамога азотавання алюмінію. Ён мае шчыльнасць 3,33 г/см3 і, нягледзячы на тое, што не плавіцца, дысацыюе пры тэмпературы вышэй за 2500 °C і атмасферным ціску. Без дапамогі вадкатворных дабавак матэрыял мае кавалентную сувязь і ўстойлівы да спякання. Як правіла, аксіды, такія як Y2O3 або CaO, дазваляюць спякаць пры тэмпературах ад 1600 да 1900 градусаў Цэльсія.
Дэталі з нітрыду алюмінія можна вырабляць з дапамогай розных метадаў, уключаючы халоднае ізастатычнае прэсаванне, керамічнае ліццё пад ціскам, ліццё пад нізкім ціскам, стужкавае ліццё, прэцызійную механічную апрацоўку і сухое прэсаванне.
Асноўныя характарыстыкі
AlN непранікальны для большасці расплаўленых металаў, уключаючы алюміній, літый і медзь. Ён непранікальны для большасці расплаўленых соляў, уключаючы хларыды і крыяліт.
Нітрыд алюмінію валодае высокай цеплаправоднасцю (170 Вт/мк, 200 Вт/мк і 230 Вт/мк), а таксама высокім удзельным аб'ёмным супрацівам і электрычнай трываласцю.
Ён успрымальны да гідролізу ў выглядзе парашка пад уздзеяннем вады ці вільготнасці. Акрамя таго, кіслоты і шчолачы дзейнічаюць на нітрыд алюмінія.
Гэты матэрыял з'яўляецца ізалятарам для электрычнасці. Допінг павышае электраправоднасць матэрыялу. AIN паказвае п'езаэлектрычныя ўласцівасці.
Прыкладанні
Мікраэлектроніка
Самай выдатнай характарыстыкай AlN з'яўляецца яго высокая цеплаправоднасць, якая саступае толькі берылію сярод керамічных матэрыялаў. Пры тэмпературы ніжэй за 200 градусаў па Цэльсіі яе цеплаправоднасць пераўзыходзіць медзь. Гэта спалучэнне высокай праводнасці, удзельнага аб'ёмнага супраціву і электрычнай трываласці дазваляе выкарыстоўваць яго ў якасці падкладак і ўпакоўкі для зборак мікраэлектронных кампанентаў высокай магутнасці або высокай шчыльнасці. Неабходнасць рассейваць цяпло, якое ўтвараецца з-за амічных страт, і падтрымліваць кампаненты ў дыяпазоне працоўных тэмператур з'яўляецца адным з абмежавальных фактараў, якія вызначаюць шчыльнасць упакоўкі электронных кампанентаў. Падкладкі AlN забяспечваюць больш эфектыўнае астуджэнне, чым звычайныя і іншыя керамічныя падкладкі, таму яны выкарыстоўваюцца ў якасці носьбітаў мікрасхем і цеплаадводаў.
Нітрыд алюмінію знаходзіць шырокае камерцыйнае прымяненне ў радыёчастотных фільтрах для прылад мабільнай сувязі. Паміж двума пластамі металу размешчаны пласт нітрыду алюмінія. Звычайнае прымяненне ў камерцыйным сектары ўключае электраізаляцыю і кампаненты кіравання цяплом у лазерах, чыплетах, цангах, электрычных ізалятарах, заціскных кольцах у абсталяванні для апрацоўкі паўправаднікоў і ўпакоўцы мікрахвалевых прылад.
Іншыя праграмы
З-за кошту AlN яго прымяненне гістарычна было абмежавана ваеннай аэранаўтыкай і транспартам. Тым не менш, матэрыял быў шырока вывучаны і выкарыстоўваўся ў розных галінах. Яго выгадныя ўласцівасці робяць яго прыдатным для шэрагу важных прамысловых ужыванняў.
Прамысловыя прымянення AlN ўключаюць вогнетрывалыя кампазіты для працы з агрэсіўнымі расплаўленымі металамі і эфектыўныя сістэмы цеплаабмену.
Гэты матэрыял выкарыстоўваецца для пабудовы тыгляў для росту крышталяў арсеніду галію, а таксама выкарыстоўваецца ў вытворчасці сталі і паўправаднікоў.
Іншыя прапанаваныя варыянты выкарыстання нітрыду алюмінію ў якасці хімічнага датчыка таксічных газаў. Выкарыстанне нанатрубак AIN для вытворчасці квазіаднамерных нанатрубак для выкарыстання ў гэтых прыладах было прадметам даследаванняў. У апошнія два дзесяцігоддзі таксама былі даследаваны святлодыёды, якія працуюць ва ўльтрафіялетавым спектры. Было ацэнена прымяненне тонкаплёнкавага AIN у датчыках паверхневых акустычных хваль.
