Ալյումինի նիտրիդը (AlN) առաջին անգամ սինթեզվել է 1877 թվականին, սակայն դրա հնարավոր կիրառումը միկրոէլեկտրոնիկայի մեջ չի խթանել բարձրորակ, առևտրային առումով կենսունակ նյութի զարգացումը մինչև 1980-ականների կեսերը:
AIN-ը ալյումինի նիտրատի ձև է: Ալյումինի նիտրիդը տարբերվում է ալյումինի նիտրատից նրանով, որ այն ազոտային միացություն է՝ -3 հատուկ օքսիդացման աստիճանով, մինչդեռ նիտրատը վերաբերում է ազոտաթթվի ցանկացած էսթերին կամ աղին: Այս նյութի բյուրեղային կառուցվածքը վեցանկյուն վուրցիտ է:
AIN-ի սինթեզ
AlN-ն արտադրվում է կա՛մ ալյումինի ածխաջերմային վերացման կամ ալյումինի ուղղակի նիտրացման միջոցով: Այն ունի 3,33 գ/սմ3 խտություն և, չնայած չի հալվում, տարանջատվում է 2500 °C-ից բարձր ջերմաստիճանի և մթնոլորտային ճնշման դեպքում: Առանց հեղուկ ձևավորող հավելումների աջակցության, նյութը կովալենտային կապով է և դիմացկուն է սինտրացմանը: Սովորաբար, օքսիդները, ինչպիսիք են Y2O3-ը կամ CaO-ն, թույլ են տալիս սինթեզումը 1600-ից 1900 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում:
Ալյումինի նիտրիդից պատրաստված մասերը կարող են արտադրվել տարբեր մեթոդների միջոցով, ներառյալ սառը իզոստատիկ սեղմումը, կերամիկական ներարկման համաձուլվածքը, ցածր ճնշման ներարկման համաձուլվածքը, ժապավենի ձուլումը, ճշգրիտ մշակումը և չոր սեղմումը:
ԿԱՐԵՎՈՐ մասեր
AlN-ը անթափանց է հալած մետաղների մեծ մասի, այդ թվում՝ ալյումինի, լիթիումի և պղնձի նկատմամբ: Այն անթափանց է հալած աղերի մեծամասնության համար, ներառյալ քլորիդները և կրիոլիտը:
Ալյումինի նիտրիդն ունի բարձր ջերմային հաղորդունակություն (170 Վտ/մկ, 200 Վտ/մկ և 230 Վտ/մկ), ինչպես նաև բարձր ծավալային դիմադրողականություն և դիէլեկտրական ուժ։
Այն ենթակա է հիդրոլիզի փոշու տեսքով, երբ ենթարկվում է ջրի կամ խոնավության: Բացի այդ, թթուները և ալկալիները հարձակվում են ալյումինի նիտրիդների վրա:
Այս նյութը էլեկտրաէներգիայի մեկուսիչ է: Դոպինգը մեծացնում է նյութի էլեկտրական հաղորդունակությունը: AIN-ը ցուցադրում է պիեզոէլեկտրական հատկությունները:
Դիմումներ
Միկրոէլեկտրոնիկա
AlN-ի առավել ուշագրավ հատկանիշը նրա բարձր ջերմահաղորդունակությունն է, որը կերամիկական նյութերից զիջում է միայն բերիլիումին: Ցելսիուսի 200 աստիճանից ցածր ջերմաստիճանի դեպքում նրա ջերմահաղորդականությունը գերազանցում է պղնձին: Բարձր հաղորդունակության, ծավալային դիմադրողականության և դիէլեկտրական ուժի այս համադրությունը հնարավորություն է տալիս օգտագործել որպես հիմք և փաթեթավորում բարձր հզորության կամ բարձր խտության միկրոէլեկտրոնային բաղադրիչների հավաքների համար: Օմիկ կորուստներից առաջացած ջերմությունը ցրելու և բաղադրիչներն իրենց աշխատանքային ջերմաստիճանի տիրույթում պահպանելու անհրաժեշտությունը սահմանափակող գործոններից մեկն է, որը որոշում է էլեկտրոնային բաղադրիչների փաթեթավորման խտությունը: AlN ենթաշերտերը ապահովում են ավելի արդյունավետ սառեցում, քան սովորական և այլ կերամիկական ենթաշերտերը, այդ իսկ պատճառով դրանք օգտագործվում են որպես չիպային կրիչներ և ջերմատախտակներ:
Ալյումինի նիտրիդը լայնածավալ առևտրային կիրառություն է գտնում բջջային կապի սարքերի համար նախատեսված ՌԴ ֆիլտրերում: Ալյումինի նիտրիդի շերտը գտնվում է մետաղի երկու շերտերի միջև: Առևտրային հատվածում տարածված կիրառությունները ներառում են էլեկտրական մեկուսացման և ջերմության կառավարման բաղադրիչներ լազերներում, չիպլետներում, կոլլետներում, էլեկտրական մեկուսիչներում, սեղմիչ օղակները կիսահաղորդչային մշակման սարքավորումներում և միկրոալիքային սարքերի փաթեթավորման մեջ:
Այլ Հավելվածներ
AlN-ի ծախսերի պատճառով նրա կիրառությունները պատմականորեն սահմանափակվել են ռազմական ավիացիայի և տրանսպորտային ոլորտներում: Այնուամենայնիվ, նյութը լայնորեն ուսումնասիրվել և օգտագործվել է տարբեր ոլորտներում: Դրա շահավետ հատկությունները դարձնում են այն հարմար մի շարք կարևոր արդյունաբերական ծրագրերի համար:
AlN-ի արդյունաբերական կիրառությունները ներառում են հրակայուն կոմպոզիտներ ագրեսիվ հալած մետաղների հետ աշխատելու համար և արդյունավետ ջերմափոխանակման համակարգեր:
Այս նյութը օգտագործվում է գալիումի արսենիդի բյուրեղների աճեցման համար կաթսաներ կառուցելու համար, ինչպես նաև օգտագործվում է պողպատի և կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ:
Ալյումինի նիտրիդի այլ առաջարկվող օգտագործումը ներառում է որպես թունավոր գազերի քիմիական սենսոր: Հետազոտության առարկա է դարձել AIN նանոխողովակների օգտագործումը՝ այս սարքերում օգտագործելու համար քվազիաչափ նանոխողովակներ արտադրելու համար: Վերջին երկու տասնամյակների ընթացքում ուսումնասիրվել են նաև լուսարձակող դիոդներ, որոնք գործում են ուլտրամանուշակագույն սպեկտրում: Գնահատվել է բարակ թաղանթով AIN-ի կիրառումը մակերեսային ակուստիկ ալիքի տվիչների մեջ:
