Alumiiniumnitriid (AlN) sünteesiti esmakordselt 1877. aastal, kuid selle potentsiaalne rakendamine mikroelektroonikas ei innustanud kvaliteetse ja äriliselt elujõulise materjali väljatöötamist kuni 1980. aastate keskpaigani.
AIN on alumiiniumnitraadi vorm. Alumiiniumnitriid erineb alumiiniumnitraadist selle poolest, et see on lämmastikuühend, mille spetsiifiline oksüdatsiooniaste on -3, nitraat aga tähistab mis tahes lämmastikhappe estrit või soola. Selle materjali kristallstruktuur on kuusnurkne wurtsiit.
AIN süntees
AlN toodetakse kas alumiiniumoksiidi karbotermilise redutseerimise või alumiiniumi otsese nitrideerimise teel. Selle tihedus on 3,33 g/cm3 ja hoolimata sellest, et see ei sula, dissotsieerub see temperatuuril üle 2500 °C ja atmosfäärirõhul. Ilma vedelikku moodustavate lisandite abita on materjal kovalentselt seotud ja paagutamiskindel. Tavaliselt võimaldavad oksiidid, nagu Y2O3 või CaO, paagutamist temperatuurivahemikus 1600–1900 kraadi Celsiuse järgi.
Alumiiniumnitriidist valmistatud osi saab toota erinevate meetodite abil, sealhulgas külmisostaatiline pressimine, keraamiline survevalu, madalsurve survevalu, lindivalu, täppistöötlus ja kuivpressimine.
Põhijooned
AlN on läbimatu enamiku sulametallide, sealhulgas alumiiniumi, liitiumi ja vase suhtes. See on läbimatu enamiku sulasoolade, sealhulgas kloriidide ja krüoliitide suhtes.
Alumiiniumnitriidil on kõrge soojusjuhtivus (170 W/mk, 200 W/mk ja 230 W/mk), samuti suur eritakistus ja dielektriline tugevus.
See on vastuvõtlik hüdrolüüsile pulbri kujul, kui see puutub kokku vee või niiskusega. Lisaks ründavad happed ja leelised alumiiniumnitriidi.
See materjal on elektriisolaator. Doping suurendab materjali elektrijuhtivust. AIN kuvab piesoelektrilisi omadusi.
Rakendused
Mikroelektroonika
AlN-i kõige tähelepanuväärsem omadus on selle kõrge soojusjuhtivus, mis on keraamiliste materjalide hulgas berülliumi järel teisel kohal. Temperatuuril alla 200 kraadi Celsiuse järgi ületab selle soojusjuhtivus vase oma. See suure juhtivuse, mahutakistuse ja dielektrilise tugevuse kombinatsioon võimaldab seda kasutada suure võimsusega või suure tihedusega mikroelektrooniliste komponentide sõlmede substraatide ja pakenditena. Vajadus hajutada oomiliste kadude tekitatud soojust ja hoida komponente nende töötemperatuuri vahemikus on üks piiravaid tegureid, mis määrab elektroonikakomponentide pakkimise tiheduse. AlN substraadid tagavad tõhusama jahutuse kui tavalised ja muud keraamilised aluspinnad, mistõttu kasutatakse neid kiibikandjate ja jahutusradiaatoritena.
Alumiiniumnitriid leiab laialdast kaubanduslikku rakendust mobiilsideseadmete RF-filtrites. Alumiiniumnitriidi kiht asub kahe metallikihi vahel. Kommertssektoris levinumad rakendused hõlmavad elektriisolatsiooni ja soojusjuhtimise komponente laserites, kiibikestes, pesades, elektriisolaatorites, klambrirõngastes pooljuhtide töötlemisseadmetes ja mikrolaineseadmete pakendites.
Muud rakendused
AlN-i kulu tõttu on selle rakendused ajalooliselt piirdunud sõjalennunduse ja transpordi valdkondadega. Siiski on seda materjali põhjalikult uuritud ja kasutatud erinevates valdkondades. Selle soodsad omadused muudavad selle sobivaks mitmete oluliste tööstuslike rakenduste jaoks.
AlN-i tööstuslikud rakendused hõlmavad tulekindlaid komposiite agressiivsete sulametallide käitlemiseks ja tõhusaid soojusvahetussüsteeme.
Seda materjali kasutatakse tiiglite ehitamiseks galliumarseniidi kristallide kasvatamiseks ning seda kasutatakse ka terase ja pooljuhtide tootmisel.
Muud alumiiniumnitriidi kavandatavad kasutusalad hõlmavad mürgiste gaaside keemilise andurina. AIN-nanotorude kasutamist nendes seadmetes kasutatavate kvaasi-ühemõõtmeliste nanotorude tootmiseks on uuritud. Viimase kahe aastakümne jooksul on uuritud ka ultraviolettkiirguse spektris töötavaid valgusdioode. Hinnatud on õhukese kilega AIN kasutamist pinnaakustiliste lainete andurites.
