एल्युमिनियम नाइट्राइड (AlN) को पहली बार 1877 में संश्लेषित किया गया था, लेकिन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में इसके संभावित अनुप्रयोग ने 1980 के दशक के मध्य तक उच्च-गुणवत्ता, व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य सामग्री के विकास को प्रेरित नहीं किया।

एआईएन एक एल्यूमीनियम नाइट्रेट रूप है। एल्यूमीनियम नाइट्राइड एल्यूमीनियम नाइट्रेट से अलग है क्योंकि यह -3 के एक विशिष्ट ऑक्सीकरण राज्य के साथ एक नाइट्रोजन यौगिक है, जबकि नाइट्रेट नाइट्रिक एसिड के किसी भी एस्टर या नमक को संदर्भित करता है। इस सामग्री की क्रिस्टल संरचना हेक्सागोनल वर्ट्ज़ाइट है।

एआईएन का संश्लेषण

AlN का उत्पादन या तो एल्युमिना के कार्बोथर्मल रिडक्शन या एल्यूमीनियम के प्रत्यक्ष नाइट्राइडेशन के माध्यम से किया जाता है। इसका घनत्व 3.33 ग्राम/सेमी3 है और पिघलने के बावजूद यह 2500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर अलग हो जाता है। तरल बनाने वाले योजक की सहायता के बिना, सामग्री सहसंयोजक बंधी हुई है और सिंटरिंग के लिए प्रतिरोधी है। आमतौर पर, ऑक्साइड जैसे Y2O3 या CaO 1600 और 1900 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर सिंटरिंग की अनुमति देते हैं।

एल्यूमीनियम नाइट्राइड से बने भागों को विभिन्न तरीकों से निर्मित किया जा सकता है, जिसमें कोल्ड आइसोस्टैटिक प्रेसिंग, सिरेमिक इंजेक्शन मोल्डिंग, लो-प्रेशर इंजेक्शन मोल्डिंग, टेप कास्टिंग, सटीक मशीनिंग और ड्राई प्रेसिंग शामिल हैं।

प्रमुख विशेषताऐं

AlN एल्युमीनियम, लिथियम और कॉपर सहित अधिकांश पिघली हुई धातुओं के लिए अभेद्य है। यह क्लोराइड और क्रायोलाइट सहित अधिकांश पिघले हुए लवणों के लिए अभेद्य है।

एल्यूमीनियम नाइट्राइड में उच्च तापीय चालकता (170 W/mk, 200 W/mk, और 230 W/mk) के साथ-साथ उच्च मात्रा प्रतिरोधकता और ढांकता हुआ ताकत होती है।

यह पानी या नमी के संपर्क में आने पर पाउडर के रूप में हाइड्रोलिसिस के लिए अतिसंवेदनशील होता है। इसके अतिरिक्त, एसिड और क्षार एल्यूमीनियम नाइट्राइड पर हमला करते हैं।

यह सामग्री बिजली के लिए एक इन्सुलेटर है। डोपिंग किसी सामग्री की विद्युत चालकता को बढ़ाता है। एआईएन पीजोइलेक्ट्रिक गुण प्रदर्शित करता है।

अनुप्रयोग

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक

AlN की सबसे उल्लेखनीय विशेषता इसकी उच्च तापीय चालकता है, जो सिरेमिक सामग्री में बेरिलियम के बाद दूसरे स्थान पर है। 200 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर, इसकी तापीय चालकता तांबे की तुलना में अधिक होती है। उच्च चालकता, मात्रा प्रतिरोधकता और ढांकता हुआ ताकत का यह संयोजन उच्च शक्ति या उच्च घनत्व वाले माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटक असेंबली के लिए सबस्ट्रेट्स और पैकेजिंग के रूप में इसका उपयोग करने में सक्षम बनाता है। ओमिक नुकसान से उत्पन्न गर्मी को नष्ट करने और उनके ऑपरेटिंग तापमान सीमा के भीतर घटकों को बनाए रखने की आवश्यकता उन सीमित कारकों में से एक है जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों के पैकिंग के घनत्व को निर्धारित करते हैं। AlN सबस्ट्रेट्स पारंपरिक और अन्य सिरेमिक सबस्ट्रेट्स की तुलना में अधिक प्रभावी शीतलन प्रदान करते हैं, यही वजह है कि उन्हें चिप कैरियर्स और हीट सिंक के रूप में उपयोग किया जाता है।

एल्यूमीनियम नाइट्राइड मोबाइल संचार उपकरणों के लिए आरएफ फिल्टर में व्यापक व्यावसायिक अनुप्रयोग पाता है। धातु की दो परतों के बीच एल्यूमीनियम नाइट्राइड की एक परत स्थित होती है। वाणिज्यिक क्षेत्र में सामान्य अनुप्रयोगों में लेजर, चिपलेट्स, कोलेट्स, इलेक्ट्रिकल इंसुलेटर, सेमीकंडक्टर प्रसंस्करण उपकरण में क्लैंप रिंग और माइक्रोवेव डिवाइस पैकेजिंग में विद्युत इन्सुलेशन और ताप प्रबंधन घटक शामिल हैं।

अन्य अनुप्रयोगों

एएलएन के खर्च के कारण, इसके अनुप्रयोग ऐतिहासिक रूप से सैन्य वैमानिकी और परिवहन क्षेत्रों तक ही सीमित रहे हैं। हालांकि, सामग्री का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है और विभिन्न क्षेत्रों में इसका उपयोग किया गया है। इसके लाभकारी गुण इसे कई महत्वपूर्ण औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं।

एएलएन के औद्योगिक अनुप्रयोगों में आक्रामक पिघले हुए धातुओं और कुशल ताप विनिमय प्रणालियों को संभालने के लिए दुर्दम्य कंपोजिट शामिल हैं।

इस सामग्री का उपयोग गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल के विकास के लिए क्रूसिबल बनाने के लिए किया जाता है और इसका उपयोग स्टील और अर्धचालकों के उत्पादन में भी किया जाता है।

एल्यूमीनियम नाइट्राइड के लिए अन्य प्रस्तावित उपयोगों में जहरीली गैसों के लिए एक रासायनिक सेंसर के रूप में शामिल है। इन उपकरणों में उपयोग के लिए अर्ध-एक-आयामी नैनोट्यूब का उत्पादन करने के लिए एआईएन नैनोट्यूब का उपयोग अनुसंधान का विषय रहा है। पिछले दो दशकों में, पराबैंगनी स्पेक्ट्रम में काम करने वाले प्रकाश उत्सर्जक डायोड की भी जांच की गई है। सतह ध्वनिक तरंग संवेदकों में पतली-फिल्म एआईएन के अनुप्रयोग का मूल्यांकन किया गया है।