Cafodd Alwminiwm Nitrid (AlN) ei syntheseiddio gyntaf ym 1877, ond ni wnaeth ei gymhwysiad posibl mewn microelectroneg ysgogi datblygiad deunydd masnachol hyfyw o ansawdd uchel tan ganol y 1980au.
Mae AIN yn ffurf alwminiwm nitrad. Mae alwminiwm nitrid yn wahanol i alwminiwm nitrad gan ei fod yn gyfansoddyn nitrogen gyda chyflwr ocsideiddio penodol o -3, tra bod nitrad yn cyfeirio at unrhyw ester neu halen asid nitrig. Strwythur grisial y deunydd hwn yw wurtzite hecsagonol.
Synthesis o AIN
Mae AlN yn cael ei gynhyrchu naill ai trwy ostyngiad carbothermol alwmina neu nitridiad uniongyrchol alwminiwm. Mae ganddo ddwysedd o 3.33 g/cm3 ac, er nad yw'n toddi, mae'n daduno ar dymheredd uwch na 2500 °C a gwasgedd atmosfferig. Heb gymorth ychwanegion sy'n ffurfio hylif, mae'r deunydd wedi'i fondio'n cofalent ac yn gallu gwrthsefyll sintro. Yn nodweddiadol, mae ocsidau fel Y2O3 neu CaO yn caniatáu sintro ar dymheredd rhwng 1600 a 1900 gradd Celsius.
Gellir cynhyrchu rhannau o alwminiwm nitrid trwy amrywiaeth o ddulliau, gan gynnwys gwasgu isostatig oer, mowldio chwistrellu ceramig, mowldio chwistrellu pwysedd isel, castio tâp, peiriannu manwl, a gwasgu sych.
Nodweddion Allweddol
Mae AlN yn anhydraidd i'r rhan fwyaf o fetelau tawdd, gan gynnwys alwminiwm, lithiwm a chopr. Mae'n anhydraidd i'r mwyafrif o halwynau tawdd, gan gynnwys cloridau a cryolit.
Mae gan alwminiwm nitrid dargludedd thermol uchel (170 W / mk, 200 W / mk, a 230 W / mk) yn ogystal â gwrthedd cyfaint uchel a chryfder dielectrig.
Mae'n agored i hydrolysis ar ffurf powdr pan fydd yn agored i ddŵr neu leithder. Yn ogystal, mae asidau ac alcalïau yn ymosod ar nitrid alwminiwm.
Mae'r deunydd hwn yn ynysydd ar gyfer trydan. Mae cyffuriau yn gwella dargludedd trydanol deunydd. Mae AIN yn arddangos priodweddau piezoelectrig.
Ceisiadau
Microelectroneg
Nodwedd fwyaf rhyfeddol AlN yw ei ddargludedd thermol uchel, sy'n ail yn unig i beryliwm ymhlith deunyddiau ceramig. Ar dymheredd o dan 200 gradd Celsius, mae ei ddargludedd thermol yn fwy na chopr. Mae'r cyfuniad hwn o ddargludedd uchel, gwrthedd cyfaint, a chryfder dielectrig yn galluogi ei ddefnyddio fel swbstradau a phecynnu ar gyfer cydosodiadau cydrannau microelectroneg pŵer uchel neu ddwysedd uchel. Mae'r angen i wasgaru gwres a gynhyrchir gan golledion ohmig a chynnal y cydrannau o fewn eu hystod tymheredd gweithredu yn un o'r ffactorau cyfyngu sy'n pennu dwysedd pacio cydrannau electronig. Mae swbstradau AlN yn darparu oeri mwy effeithiol na swbstradau ceramig confensiynol ac eraill, a dyna pam y cânt eu defnyddio fel cludwyr sglodion a sinciau gwres.
Mae alwminiwm nitrid yn canfod cymhwysiad masnachol eang mewn hidlwyr RF ar gyfer dyfeisiau cyfathrebu symudol. Mae haen o nitrid alwminiwm wedi'i leoli rhwng dwy haen o fetel. Mae cymwysiadau cyffredin yn y sector masnachol yn cynnwys insiwleiddio trydanol a chydrannau rheoli gwres mewn laserau, sglodion, collets, ynysyddion trydanol, cylchoedd clamp mewn offer prosesu lled-ddargludyddion, a phecynnu dyfeisiau microdon.
Ceisiadau Eraill
Oherwydd cost AlN, yn hanesyddol mae ei gymwysiadau wedi'u cyfyngu i'r meysydd awyrennol milwrol a chludiant. Fodd bynnag, mae'r deunydd wedi'i astudio'n helaeth a'i ddefnyddio mewn amrywiaeth o feysydd. Mae ei briodweddau manteisiol yn ei gwneud yn addas ar gyfer nifer o gymwysiadau diwydiannol pwysig.
Mae cymwysiadau diwydiannol AlN yn cynnwys cyfansoddion anhydrin ar gyfer trin metelau tawdd ymosodol a systemau cyfnewid gwres effeithlon.
Defnyddir y deunydd hwn i adeiladu crucibles ar gyfer twf crisialau gallium arsenide ac fe'i defnyddir hefyd i gynhyrchu dur a lled-ddargludyddion.
Mae defnyddiau arfaethedig eraill ar gyfer alwminiwm nitrid yn cynnwys synhwyrydd cemegol ar gyfer nwyon gwenwynig. Mae defnyddio nanotiwbiau AIN i gynhyrchu nanotiwbiau lled-un-dimensiwn i'w defnyddio yn y dyfeisiau hyn wedi bod yn destun ymchwil. Yn ystod y ddau ddegawd diwethaf, mae deuodau allyrru golau sy'n gweithredu yn y sbectrwm uwchfioled hefyd wedi cael eu harchwilio. Gwerthuswyd y defnydd o AIN ffilm denau mewn synwyryddion tonnau acwstig arwyneb.
