Aluminiumnitrid (AlN) blev først syntetiseret i 1877, men dets potentielle anvendelse i mikroelektronik ansporede ikke udviklingen af ​​højkvalitets, kommercielt levedygtigt materiale før midten af ​​1980'erne.

AIN er en aluminiumnitratform. Aluminiumnitrid adskiller sig fra aluminiumnitrat ved, at det er en nitrogenforbindelse med en specifik oxidationstilstand på -3, mens nitrat refererer til enhver ester eller salt af salpetersyre. Dette materiales krystalstruktur er sekskantet wurtzite.

Syntese af AIN

AlN produceres enten gennem den carbotermiske reduktion af aluminiumoxid eller den direkte nitridering af aluminium. Den har en massefylde på 3,33 g/cm3 og dissocierer på trods af den ikke smelter ved temperaturer over 2500 °C og atmosfærisk tryk. Uden hjælp fra væskedannende additiver er materialet kovalent bundet og modstandsdygtigt over for sintring. Typisk tillader oxider som Y2O3 eller CaO sintring ved temperaturer mellem 1600 og 1900 grader Celsius.

Dele lavet af aluminiumnitrid kan fremstilles via en række forskellige metoder, herunder kold isostatisk presning, keramisk sprøjtestøbning, lavtrykssprøjtestøbning, tapestøbning, præcisionsbearbejdning og tørpresning.

Nøglefunktioner

AlN er uigennemtrængeligt for de fleste smeltede metaller, herunder aluminium, lithium og kobber. Det er uigennemtrængeligt for størstedelen af ​​smeltede salte, herunder chlorider og kryolit.

Aluminiumnitrid har høj termisk ledningsevne (170 W/mk, 200 W/mk og 230 W/mk) samt høj volumenmodstand og dielektrisk styrke.

Det er modtageligt for hydrolyse i pulverform, når det udsættes for vand eller fugt. Derudover angriber syrer og baser aluminiumnitrid.

Dette materiale er en isolator til elektricitet. Doping øger et materiales elektriske ledningsevne. AIN viser piezoelektriske egenskaber.

Ansøgninger

Mikroelektronik

Det mest bemærkelsesværdige kendetegn ved AlN er dets høje varmeledningsevne, som kun er næstbedst efter beryllium blandt keramiske materialer. Ved temperaturer under 200 grader Celsius overgår dens varmeledningsevne kobbers. Denne kombination af høj ledningsevne, volumenresistivitet og dielektrisk styrke muliggør dens anvendelse som substrater og emballage til højeffekt eller højdensitet mikroelektroniske komponentsamlinger. Behovet for at sprede varme genereret af ohmske tab og holde komponenterne inden for deres driftstemperaturområde er en af ​​de begrænsende faktorer, der bestemmer tætheden af ​​pakning af elektroniske komponenter. AlN-substrater giver mere effektiv køling end konventionelle og andre keramiske underlag, hvorfor de bruges som spånbærere og køleplader.

Aluminiumnitrid finder udbredt kommerciel anvendelse i RF-filtre til mobile kommunikationsenheder. Et lag af aluminiumnitrid er placeret mellem to lag af metal. Almindelige anvendelser i den kommercielle sektor omfatter elektrisk isolering og varmestyringskomponenter i lasere, chiplets, spændetange, elektriske isolatorer, klemringe i halvlederbehandlingsudstyr og emballage til mikrobølgeanordninger.

Andre applikationer

På grund af udgifterne til AlN har dets applikationer historisk set været begrænset til de militære luftfarts- og transportområder. Imidlertid er materialet blevet grundigt undersøgt og brugt på en række forskellige områder. Dens fordelagtige egenskaber gør den velegnet til en række vigtige industrielle anvendelser.

AlNs industrielle anvendelser omfatter ildfaste kompositter til håndtering af aggressive smeltede metaller og effektive varmevekslersystemer.

Dette materiale bruges til at konstruere digler til vækst af galliumarsenidkrystaller og bruges også til fremstilling af stål og halvledere.

Andre foreslåede anvendelser for aluminiumnitrid omfatter som en kemisk sensor for giftige gasser. Brug af AIN nanorør til at producere kvasi-endimensionelle nanorør til brug i disse enheder har været genstand for forskning. I de sidste to årtier er lysemitterende dioder, der opererer i det ultraviolette spektrum, også blevet undersøgt. Anvendelsen af ​​tyndfilm AIN i akustiske overfladebølgesensorer er blevet evalueret.