Aluminio nitruroa (AlN) 1877an sintetizatu zen lehen aldiz, baina mikroelektronikan izan zuen aplikazio potentzialak ez zuen kalitate handiko eta komertzialki bideragarria den materialaren garapena bultzatu 1980ko hamarkadaren erdialdera arte.
AIN aluminio nitrato forma bat da. Aluminio nitruroa aluminio nitratotik bereizten da -3 oxidazio-egoera espezifikoa duen nitrogeno konposatu bat delako, eta nitratoak azido nitrikoaren edozein ester edo gatz aipatzen du. Material honen kristal egitura wurtzita hexagonala da.
AIN-ren sintesia
AlN aluminaren erredukzio karbotermikoaren bidez edo aluminioaren nitrurazio zuzenaren bidez sortzen da. 3,33 g/cm3-ko dentsitatea du eta, urtzen ez den arren, 2500 °C-tik gorako tenperaturan eta presio atmosferikoan disoziatzen da. Likidoa eratzeko gehigarrien laguntzarik gabe, materiala kobalenteki lotzen da eta sinterizatzeko erresistentea da. Normalean, Y2O3 edo CaO bezalako oxidoek 1600 eta 1900 gradu Celsius arteko sinterizazioa ahalbidetzen dute.
Aluminio nitruroz egindako piezak hainbat metodoren bidez fabrikatu daitezke, besteak beste, prentsa isostatiko hotza, zeramikazko injekzio-moldeaketa, presio baxuko injekzio-moldeaketa, zinta-galdaketa, doitasun-mekanizazioa eta prentsaketa lehorra.
Ezaugarri nagusiak
AlN iragazgaitza da urtutako metal gehienentzat, aluminioa, litioa eta kobrea barne. Gatz urtu gehienentzat iragazgaitza da, kloruroak eta kriolita barne.
Aluminio nitruroak eroankortasun termiko handia du (170 W/mk, 200 W/mk eta 230 W/mk), baita bolumen handiko erresistentzia eta indar dielektrikoa ere.
Hauts moduan hidrolisia jasaten da ura edo hezetasuna jasanez gero. Gainera, azidoek eta alkaliek aluminio nitruroa erasotzen dute.
Material hau elektrizitatearen isolatzailea da. Dopinak material baten eroankortasun elektrikoa hobetzen du. AINek propietate piezoelektrikoak erakusten ditu.
Aplikazioak
Mikroelektronika
AlN-ren ezaugarririk nabarmenena bere eroankortasun termiko handia da, zeramikazko materialen artean berilioaren atzetik bigarrena dena. 200 gradu Celsius-tik beherako tenperaturan, bere eroankortasun termikoa kobrearena gainditzen du. Eroankortasun handiko, bolumen-erresistentzia eta indar dielektrikoaren konbinazio honek substratu eta bilgarri gisa erabiltzeko aukera ematen du potentzia handiko edo dentsitate handiko osagai mikroelektronikoen multzoetarako. Galera ohmikoek sortutako beroa xahutu eta osagaiak funtzionamendu-tenperatura-barrutian mantentzeko beharra osagai elektronikoen enbalajearen dentsitatea zehazten duen faktore mugatzaileetako bat da. AlN substratuek hozte eraginkorragoa eskaintzen dute ohiko eta zeramikazko beste substratu batzuek baino, horregatik txirbil-eramaile eta bero-hustugailu gisa erabiltzen dira.
Aluminio nitruroak aplikazio komertzial zabala aurkitzen du komunikazio mugikorretarako RF iragazkietan. Aluminio nitrurozko geruza bat metalezko bi geruzaren artean kokatzen da. Merkataritza-sektorean ohikoak diren aplikazioak honako hauek dira: isolamendu elektrikoa eta beroa kudeatzeko osagaiak laser, chiplet, pinza, isolatzaile elektrikoetan, erdieroaleen prozesatzeko ekipoetako estutu-eraztunetan eta mikrouhin-gailuen ontzietan.
Beste aplikazio batzuk
AlN-ren gastua dela eta, bere aplikazioak historikoki aeronautika militarraren eta garraioaren arloetara mugatu dira. Hala ere, materiala asko aztertu eta erabili da hainbat esparrutan. Bere propietate onuragarriek industria-aplikazio garrantzitsu batzuetarako egokia egiten dute.
AlNren industria-aplikazioen artean, metal urtu oldarkorrak maneiatzeko konposite erregogorrak eta bero-truke sistema eraginkorrak daude.
Material hau galio artsenuroaren kristalak hazteko arragoa eraikitzeko erabiltzen da eta altzairu eta erdieroaleen ekoizpenean ere erabiltzen da.
Aluminio nitrurorako proposatutako beste erabilera batzuk gas toxikoentzako sentsore kimiko gisa daude. Gailu hauetan erabiltzeko ia dimentsio bakarreko nanohodiak ekoizteko AIN nanohodiak erabiltzea izan da ikerketaren gaia. Azken bi hamarkadetan, espektro ultramorean funtzionatzen duten diodo argi-igorleak ere ikertu dira. Gainazaleko uhin akustikoen sentsoreetan film meheko AINaren aplikazioa ebaluatu da.
