Budući da su integrirani krugovi postali strateška nacionalna industrija, mnogi poluvodički materijali su istraženi i razvijeni, a aluminijev nitrid nedvojbeno je jedan od poluvodičkih materijala koji najviše obećava.
Karakteristike izvedbe aluminijeva nitrida
Aluminijev nitrid (AlN) ima karakteristike visoke čvrstoće, velike volumne otpornosti, visokog izolacijskog napona, koeficijenta toplinske ekspanzije, dobrog slaganja sa silicijem, itd. Ne koristi se samo kao pomoćno sredstvo za sinteriranje ili faza za pojačanje strukturne keramike, već se također koristi u području keramičkih elektroničkih podloga i materijala za pakiranje, koje posljednjih godina bilježi procvat, a njegova izvedba daleko nadmašuje one od glinice. Keramika od aluminijeva nitrida ima izvrsnu ukupnu izvedbu, idealna je za poluvodičke podloge i strukturalne materijale za pakiranje i ima značajan potencijal primjene u elektroničkoj industriji.
Primjena aluminijeva nitrida
1. Primjene piezoelektričnih uređaja
Aluminijev nitrid ima visoku otpornost, visoku toplinsku vodljivost i nizak koeficijent širenja sličan siliciju, koji je idealan materijal za elektroničke uređaje visoke temperature i velike snage.
2. Materijali supstrata za elektroničko pakiranje
Berilijev oksid, glinica, silicij nitrid i aluminij nitrid neki su od najčešćih materijala koji se koriste za keramičke podloge.
Među postojećim keramičkim materijalima koji se mogu koristiti kao materijali za supstrate, keramika od silicijevog nitrida ima najveću čvrstoću na savijanje, dobru otpornost na trošenje i najbolja sveobuhvatna mehanička svojstva od keramičkih materijala, dok im je koeficijent toplinskog rastezanja najmanji. Keramika od aluminijeva nitrida ima visoku toplinsku vodljivost, dobru otpornost na toplinski udar i još uvijek ima dobra mehanička svojstva pri visokim temperaturama. Može se reći da su, sa stajališta performansi, aluminijev nitrid i silicijev nitrid trenutno najprikladniji za upotrebu kao supstratni materijali za elektroničko pakiranje, ali također imaju zajednički problem: njihova je cijena visoka.
3. Primjena na materijale koji emitiraju svjetlost
Što se tiče učinkovitosti fotoelektrične pretvorbe, aluminijev nitrid (AlN) ima maksimalnu širinu pojasa poluvodiča s izravnim razmakom od 6,2 eV, što je više od poluvodiča s neizravnim razmakom. AlN, kao važan materijal koji emitira plavo i ultraljubičasto svjetlo, koristi se u diodama koje emitiraju ultraljubičasto i duboko ultraljubičasto svjetlo, ultraljubičastim laserskim diodama, ultraljubičastim detektorima itd. AlN i nitridi III-skupine poput GaN i InN također mogu tvoriti kontinuiranu čvrstu tvar otopine, a zabranjeni pojas njegove ternarne ili kvartarne legure može se kontinuirano podešavati od vidljivog pojasa do dubokog ultraljubičastog pojasa, što ga čini važnim materijalom koji emitira svjetlost visokih performansi.
4. Nanošenje na podložne materijale
Kristal AlN idealan je supstrat za epitaksijalne materijale GaN, AlGaN i AlN. U usporedbi sa supstratima od safira ili SiC, AlN i GaN imaju bolje toplinsko podudaranje i kemijsku kompatibilnost, a naprezanje između supstrata i epitaksijalnog sloja je manje. Stoga kristali AlN kao epitaksijalne podloge GaN mogu značajno smanjiti gustoću defekata u uređaju i poboljšati njegovu izvedbu, što ima vrlo dobre izglede za primjenu u pripremi visokotemperaturnih, visokofrekventnih i snažnih elektroničkih uređaja. Uz to, korištenje kristala AlN kao podloge epitaksijalnog materijala AlGaN s komponentama s visokim udjelom aluminija (Al) također može učinkovito smanjiti gustoću defekata u nitridnom epitaksijalnom sloju i uvelike poboljšati performanse i vijek trajanja nitridnih poluvodičkih uređaja. Na temelju AlGaN uspješno je primijenjen visokokvalitetni dnevno slijepi detektor.
5. Primjena na keramiku i vatrostalne materijale
Aluminijev nitrid može se koristiti u strukturnom sinterovanju keramike; pripremljena keramika od aluminijeva nitrida ima ne samo bolja mehanička svojstva i čvrstoću na savijanje od Al2O3 i BeO keramike, već i veću tvrdoću i otpornost na koroziju. Koristeći otpornost na toplinu i eroziju AlN keramike, mogu se koristiti za izradu lonaca, Al posuda za isparavanje i ostali dijelovi otporni na koroziju na visoke temperature. Osim toga, čista AlN keramika za bezbojne prozirne kristale, s izvrsnim optičkim svojstvima, može se koristiti kao prozirna keramika za elektroničke optičke uređaje i opremu za visokotemperaturne infracrvene prozore i ispravljački premaz otporan na toplinu.
Dvostrano polirani aluminijski nitrid AlN keramičke podloge tvrtke WINTRUSTEK
