Тъй като интегралните схеми се превърнаха в стратегическа национална индустрия, много полупроводникови материали бяха изследвани и разработени, а алуминиевият нитрид несъмнено е един от най-обещаващите полупроводникови материали.

Експлоатационни характеристики на алуминиев нитрид

Алуминиевият нитрид (AlN) има характеристиките на висока якост, високо обемно съпротивление, високо изолационно напрежение, коефициент на топлинно разширение, добро съвпадение със силиций и т.н. Той не се използва само като помощно средство за синтероване или подсилваща фаза за структурна керамика, но също така се използва в областта на керамичните електронни субстрати и опаковъчни материали, която процъфтява през последните години и нейната производителност далеч надхвърля тази на алуминиевия оксид. Керамиката от алуминиев нитрид има отлично цялостно представяне, идеална е за полупроводникови субстрати и структурни опаковъчни материали и има значителен потенциал за приложение в електронната индустрия.

Приложение на алуминиев нитрид

1. Приложения на пиезоелектрични устройства

Алуминиевият нитрид има високо съпротивление, висока топлопроводимост и нисък коефициент на разширение, подобен на силиция, който е идеалният материал за електронни устройства с висока температура и висока мощност.

2. Материали за субстрат за електронни опаковки

Берилиев оксид, алуминиев оксид, силициев нитрид и алуминиев нитрид са едни от най-разпространените материали, използвани за керамични субстрати.

Сред съществуващите керамични материали, които могат да се използват като субстратни материали, керамиката от силициев нитрид има най-висока якост на огъване, добра устойчивост на износване и най-добрите цялостни механични свойства на керамичните материали, докато техният коефициент на топлинно разширение е най-малък. Керамиката от алуминиев нитрид има висока топлопроводимост, добра устойчивост на термичен удар и все още има добри механични свойства при високи температури. Може да се каже, че от гледна точка на производителността алуминиевият нитрид и силициевият нитрид в момента са най-подходящите за използване като субстратни материали за електронни опаковки, но те също имат общ проблем: цената им е висока.

3. Приложение към светлоизлъчващи материали

По отношение на ефективността на фотоелектричното преобразуване, алуминиевият нитрид (AlN) има максимална ширина на полупроводниковата лента с директна забранена лента от 6,2 eV, което е по-високо от тази на полупроводника с непряка забранена лента. AlN, като важен материал, излъчващ синя и ултравиолетова светлина, се използва в диоди, излъчващи ултравиолетова и дълбока ултравиолетова светлина, ултравиолетови лазерни диоди, ултравиолетови детектори и др. AlN и нитридите от III група като GaN и InN също могат да образуват непрекъснато твърдо вещество разтвор, а ширината на лентата на неговата троична или кватернерна сплав може да се регулира непрекъснато от видимата лента до дълбоката ултравиолетова лента, което го прави важен високоефективен светлоизлъчващ материал.

4. Нанасяне върху субстратни материали

Кристалът AlN е идеалният субстрат за епитаксиални материали GaN, AlGaN и AlN. В сравнение със сапфирени или SiC субстрати, AlN и GaN имат по-добро термично съвпадение и химическа съвместимост, а напрежението между субстрата и епитаксиалния слой е по-малко. Следователно кристалите AlN като епитаксиални субстрати на GaN могат значително да намалят плътността на дефектите в устройството и да подобрят неговата производителност, което има много добра перспектива за приложение при подготовката на високотемпературни, високочестотни и високомощни електронни устройства. В допълнение, използването на кристали AlN като субстрат от епитаксиален материал AlGaN с компоненти с високо съдържание на алуминий (Al) може също така ефективно да намали плътността на дефектите в нитридния епитаксиален слой и значително да подобри производителността и живота на нитридните полупроводникови устройства. На базата на AlGaN успешно е приложен висококачествен детектор за дневна сляпост.

5. Приложение върху керамика и огнеупорни материали

Алуминиевият нитрид може да се използва при структурно керамично синтероване; готовата керамика от алуминиев нитрид има не само по-добри механични свойства и якост на огъване от керамиката Al2O3 и BeO, но и по-висока твърдост и устойчивост на корозия. Използвайки устойчивостта на топлина и ерозия на керамиката AlN, те могат да се използват за направата на тигели, съдове за изпаряване на Al и други части, устойчиви на висока температура и корозия. В допълнение, чистата AlN керамика за безцветни прозрачни кристали, с отлични оптични свойства, може да се използва като прозрачна керамика за електронни оптични устройства и оборудване за високотемпературни инфрачервени прозорци и топлоустойчиво покритие на токоизправител.

Двустранно полирани керамични субстрати от алуминиев нитрид AlN от WINTRUSTEK