Aluminijum nitrid (AlN) je prvi put sintetizovan 1877. godine, ali njegova potencijalna primena u mikroelektronici nije podstakla razvoj visokokvalitetnog, komercijalno održivog materijala sve do sredine 1980-ih.
AIN je oblik aluminijum nitrata. Aluminij nitrid se razlikuje od aluminij nitrata po tome što je dušikov spoj sa specifičnim oksidacijskim stanjem od -3, dok se nitrat odnosi na bilo koji ester ili sol dušične kiseline. Kristalna struktura ovog materijala je heksagonalni wurtzit.
Sinteza AIN-a
AlN se proizvodi bilo karbotermalnom redukcijom glinice ili direktnom nitridacijom aluminija. Ima gustinu od 3,33 g/cm3 i, uprkos tome što se ne topi, disocira na temperaturama iznad 2500 °C i atmosferskom pritisku. Bez pomoći aditiva za formiranje tečnosti, materijal je kovalentno vezan i otporan na sinterovanje. Tipično, oksidi kao što su Y2O3 ili CaO dozvoljavaju sinterovanje na temperaturama između 1600 i 1900 stepeni Celzijusa.
Dijelovi izrađeni od aluminij nitrida mogu se proizvoditi različitim metodama, uključujući hladno izostatičko prešanje, brizganje keramike, brizganje pod niskim pritiskom, livenje trake, preciznu mašinsku obradu i suvo prešanje.
Ključne karakteristike
AlN je nepropustan za većinu rastopljenih metala, uključujući aluminijum, litijum i bakar. Otporan je na većinu rastopljenih soli, uključujući kloride i kriolit.
Aluminijum nitrid ima visoku toplotnu provodljivost (170 W/mk, 200 W/mk i 230 W/mk), kao i visoku zapreminsku otpornost i dielektričnu čvrstoću.
Podložan je hidrolizi u obliku praha kada je izložen vodi ili vlazi. Osim toga, kiseline i alkalije napadaju aluminijum nitrid.
Ovaj materijal je izolator za električnu energiju. Doping poboljšava električnu provodljivost materijala. AIN prikazuje piezoelektrična svojstva.
Prijave
Mikroelektronika
Najznačajnija karakteristika AlN-a je njegova visoka toplotna provodljivost, koja je na drugom mjestu nakon berilijuma među keramičkim materijalima. Na temperaturama ispod 200 stepeni Celzijusa, njegova toplotna provodljivost nadmašuje bakar. Ova kombinacija visoke provodljivosti, zapreminskog otpora i dielektrične čvrstoće omogućava je upotrebu kao podloge i pakovanja za sklopove mikroelektronskih komponenti velike snage ili velike gustine. Potreba za rasipanjem toplote generisane omskim gubicima i održavanjem komponenti u opsegu njihovih radnih temperatura jedan je od ograničavajućih faktora koji određuju gustinu pakovanja elektronskih komponenti. AlN podloge pružaju efikasnije hlađenje od konvencionalnih i drugih keramičkih podloga, zbog čega se koriste kao nosači čipova i hladnjaka.
Aluminijum nitrid nalazi široku komercijalnu primenu u RF filterima za mobilne komunikacione uređaje. Između dva sloja metala nalazi se sloj aluminijum nitrida. Uobičajene primjene u komercijalnom sektoru uključuju električnu izolaciju i komponente za upravljanje toplinom u laserima, čipletima, stezaljkama, električnim izolatorima, steznim prstenovima u opremi za obradu poluvodiča i ambalaži mikrovalnih uređaja.
Druge aplikacije
Zbog troška AlN-a, njegove primjene su povijesno bile ograničene na vojnu aeronautiku i transportna polja. Međutim, materijal je opsežno proučavan i korišten u raznim područjima. Njegova povoljna svojstva čine ga pogodnim za brojne važne industrijske primjene.
AlN-ove industrijske primene uključuju vatrostalne kompozite za rukovanje agresivnim rastopljenim metalima i efikasne sisteme razmene toplote.
Ovaj materijal se koristi za izradu lončića za rast kristala galij arsenida, a također se koristi u proizvodnji čelika i poluvodiča.
Ostale predložene upotrebe aluminijumskog nitrida uključuju kao hemijski senzor za otrovne gasove. Korištenje AIN nanocijevi za proizvodnju kvazi-jednodimenzionalnih nanocijevi za upotrebu u ovim uređajima bilo je predmet istraživanja. U protekle dvije decenije istraživane su i diode koje emituju svjetlost koje rade u ultraljubičastom spektru. Procijenjena je primjena tankoslojnog AIN-a u senzorima površinskih akustičnih valova.
