એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ (AlN) સૌપ્રથમ 1877 માં સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં તેના સંભવિત ઉપયોગથી 1980 ના દાયકાના મધ્ય સુધી ઉચ્ચ ગુણવત્તાની, વ્યાપારી રીતે સધ્ધર સામગ્રીના વિકાસને પ્રોત્સાહન મળ્યું ન હતું.

AIN એ એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રેટ સ્વરૂપ છે. એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રાઈડ એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રેટથી અલગ છે કારણ કે તે -3 ની ચોક્કસ ઓક્સિડેશન સ્થિતિ સાથે નાઈટ્રોજન સંયોજન છે, જ્યારે નાઈટ્રેટ નાઈટ્રિક એસિડના કોઈપણ એસ્ટર અથવા મીઠુંનો સંદર્ભ આપે છે. આ સામગ્રીનું સ્ફટિક માળખું હેક્સાગોનલ વુર્ટઝાઈટ છે.

AIN ના સંશ્લેષણ

AlN એ એલ્યુમિનાના કાર્બોથર્મલ ઘટાડા દ્વારા અથવા એલ્યુમિનિયમના સીધા નાઇટ્રિડેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. તે 3.33 g/cm3 ની ઘનતા ધરાવે છે અને, ઓગળતું ન હોવા છતાં, 2500 °C થી ઉપરના તાપમાને અને વાતાવરણીય દબાણ પર અલગ પડે છે. પ્રવાહી બનાવતા ઉમેરણોની સહાય વિના, સામગ્રી સહસંયોજક રીતે બંધાયેલ છે અને સિન્ટરિંગ માટે પ્રતિરોધક છે. સામાન્ય રીતે, Y2O3 અથવા CaO જેવા ઓક્સાઇડ 1600 અને 1900 ડિગ્રી સેલ્સિયસ વચ્ચેના તાપમાને સિન્ટરિંગની પરવાનગી આપે છે.

એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડના બનેલા ભાગો વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા ઉત્પાદિત કરી શકાય છે, જેમાં કોલ્ડ આઇસોસ્ટેટિક પ્રેસિંગ, સિરામિક ઇન્જેક્શન મોલ્ડિંગ, લો-પ્રેશર ઇન્જેક્શન મોલ્ડિંગ, ટેપ કાસ્ટિંગ, ચોકસાઇ મશીનિંગ અને ડ્રાય પ્રેસિંગનો સમાવેશ થાય છે.

મુખ્ય વિશેષતાઓ

એલએન એ એલ્યુમિનિયમ, લિથિયમ અને કોપર સહિત મોટાભાગની પીગળેલી ધાતુઓ માટે અભેદ્ય છે. તે ક્લોરાઇડ અને ક્રાયોલાઇટ સહિત મોટાભાગના પીગળેલા ક્ષારો માટે અભેદ્ય છે.

એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા (170 W/mk, 200 W/mk, અને 230 W/mk) તેમજ ઉચ્ચ વોલ્યુમ પ્રતિકારકતા અને ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિ ધરાવે છે.

જ્યારે પાણી અથવા ભેજના સંપર્કમાં આવે ત્યારે તે પાવડર સ્વરૂપમાં હાઇડ્રોલિસિસ માટે સંવેદનશીલ હોય છે. વધુમાં, એસિડ અને આલ્કલીસ એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રાઈડ પર હુમલો કરે છે.

આ સામગ્રી વીજળી માટે અવાહક છે. ડોપિંગ સામગ્રીની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે. AIN પીઝોઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે.

અરજીઓ

માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ

AlN ની સૌથી નોંધપાત્ર લાક્ષણિકતા તેની ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા છે, જે સિરામિક સામગ્રીઓમાં બેરિલિયમ પછી બીજા ક્રમે છે. 200 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચેના તાપમાને, તેની થર્મલ વાહકતા તાંબા કરતાં વધી જાય છે. ઉચ્ચ વાહકતા, વોલ્યુમ પ્રતિરોધકતા અને ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિનું આ સંયોજન ઉચ્ચ-શક્તિ અથવા ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક ઘટક એસેમ્બલી માટે સબસ્ટ્રેટ અને પેકેજિંગ તરીકે તેનો ઉપયોગ સક્ષમ કરે છે. ઓહ્મિક નુકસાન દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમીને દૂર કરવાની અને ઘટકોને તેમની ઓપરેટિંગ તાપમાન શ્રેણીમાં જાળવવાની જરૂરિયાત એ એક મર્યાદિત પરિબળો છે જે ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોના પેકિંગની ઘનતા નક્કી કરે છે. AlN સબસ્ટ્રેટ્સ પરંપરાગત અને અન્ય સિરામિક સબસ્ટ્રેટ કરતાં વધુ અસરકારક ઠંડક પ્રદાન કરે છે, તેથી જ તેનો ઉપયોગ ચિપ કેરિયર્સ અને હીટ સિંક તરીકે થાય છે.

એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ મોબાઇલ સંચાર ઉપકરણો માટે આરએફ ફિલ્ટર્સમાં વ્યાપક વ્યાવસાયિક એપ્લિકેશન શોધે છે. એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડનો એક સ્તર ધાતુના બે સ્તરો વચ્ચે સ્થિત છે. કોમર્શિયલ સેક્ટરમાં સામાન્ય એપ્લિકેશન્સમાં લેસર, ચિપલેટ્સ, કોલેટ્સ, ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેટર્સ, સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ સાધનોમાં ક્લેમ્પ રિંગ્સ અને માઇક્રોવેવ ડિવાઇસ પેકેજિંગમાં ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેશન અને હીટ મેનેજમેન્ટ ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે.

અન્ય એપ્લિકેશનો

AlN ના ખર્ચને લીધે, તેની એપ્લિકેશનો ઐતિહાસિક રીતે લશ્કરી એરોનોટિક્સ અને પરિવહન ક્ષેત્રો સુધી મર્યાદિત છે. જો કે, સામગ્રીનો વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે અભ્યાસ અને ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. તેના ફાયદાકારક ગુણધર્મો તેને સંખ્યાબંધ મહત્વપૂર્ણ ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો માટે યોગ્ય બનાવે છે.

AlN ની ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં આક્રમક પીગળેલી ધાતુઓ અને કાર્યક્ષમ હીટ એક્સચેન્જ સિસ્ટમ્સને નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રત્યાવર્તન સંયોજનોનો સમાવેશ થાય છે.

આ સામગ્રીનો ઉપયોગ ગેલિયમ આર્સેનાઇડ સ્ફટિકોના વિકાસ માટે ક્રુસિબલ્સ બનાવવા માટે થાય છે અને તેનો ઉપયોગ સ્ટીલ અને સેમિકન્ડક્ટર્સના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે.

એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રાઈડના અન્ય સૂચિત ઉપયોગોમાં ઝેરી વાયુઓ માટે રાસાયણિક સેન્સરનો સમાવેશ થાય છે. આ ઉપકરણોમાં ઉપયોગ માટે અર્ધ-એક-પરિમાણીય નેનોટ્યુબ્સ બનાવવા માટે AIN નેનોટ્યુબનો ઉપયોગ કરવો એ સંશોધનનો વિષય છે. છેલ્લાં બે દાયકાઓમાં, અલ્ટ્રાવાયોલેટ સ્પેક્ટ્રમમાં કાર્યરત પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ્સની પણ તપાસ કરવામાં આવી છે. સપાટીના એકોસ્ટિક વેવ સેન્સરમાં પાતળી-ફિલ્મ AIN ની એપ્લિકેશનનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું છે.