Aluminium Nitride (AlN) pertama kali disintesis pada tahun 1877, tetapi aplikasi potensialnya dalam mikroelektronika tidak memacu pengembangan material komersial berkualitas tinggi hingga pertengahan 1980-an.
AIN adalah bentuk aluminium nitrat. Aluminium nitrida berbeda dari aluminium nitrat karena merupakan senyawa nitrogen dengan tingkat oksidasi spesifik -3, sedangkan nitrat mengacu pada ester atau garam asam nitrat. Struktur kristal bahan ini adalah wurtzit heksagonal.
Sintesis AIN
AlN diproduksi melalui reduksi karbotermal alumina atau nitridasi langsung aluminium. Massa jenisnya 3,33 g/cm3 dan, meskipun tidak meleleh, terdisosiasi pada suhu di atas 2500 °C dan tekanan atmosfer. Tanpa bantuan aditif pembentuk cairan, material terikat secara kovalen dan tahan terhadap sintering. Biasanya, oksida seperti Y2O3 atau CaO mengizinkan sintering pada suhu antara 1600 dan 1900 derajat Celcius.
Bagian yang terbuat dari aluminium nitrida dapat diproduksi melalui berbagai metode, termasuk pengepresan isostatik dingin, cetakan injeksi keramik, cetakan injeksi tekanan rendah, pengecoran pita, pemesinan presisi, dan pengepresan kering.
Fitur Utama
AlN tahan terhadap sebagian besar logam cair, termasuk aluminium, litium, dan tembaga. Ini tahan terhadap sebagian besar garam cair, termasuk klorida dan kriolit.
Aluminium nitrida memiliki konduktivitas termal yang tinggi (170 W/mk, 200 W/mk, dan 230 W/mk) serta resistivitas volume tinggi dan kekuatan dielektrik.
Hal ini rentan terhadap hidrolisis dalam bentuk bubuk bila terkena air atau kelembaban. Selain itu, asam dan basa menyerang aluminium nitrida.
Bahan ini merupakan isolator listrik. Doping meningkatkan konduktivitas listrik suatu bahan. AIN menampilkan sifat piezoelektrik.
Aplikasi
Mikroelektronik
Karakteristik AlN yang paling luar biasa adalah konduktivitas termalnya yang tinggi, yang kedua setelah berilium di antara bahan keramik. Pada suhu di bawah 200 derajat Celcius, konduktivitas termalnya melampaui tembaga. Kombinasi konduktivitas tinggi, resistivitas volume, dan kekuatan dielektrik ini memungkinkan penggunaannya sebagai substrat dan pengemasan untuk rakitan komponen mikroelektronik berdaya tinggi atau berdensitas tinggi. Kebutuhan untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh kerugian ohmik dan mempertahankan komponen dalam kisaran suhu operasinya merupakan salah satu faktor pembatas yang menentukan kerapatan pengepakan komponen elektronik. Substrat AlN memberikan pendinginan yang lebih efektif daripada substrat keramik konvensional dan lainnya, oleh karena itu digunakan sebagai pembawa chip dan heat sink.
Aluminium nitrida menemukan aplikasi komersial yang luas dalam filter RF untuk perangkat komunikasi seluler. Lapisan aluminium nitrida terletak di antara dua lapisan logam. Aplikasi umum di sektor komersial termasuk insulasi listrik dan komponen manajemen panas pada laser, chiplet, collet, isolator listrik, cincin penjepit pada peralatan pemrosesan semikonduktor, dan pengemasan perangkat gelombang mikro.
Aplikasi lain
Karena biaya AlN, aplikasinya secara historis terbatas pada bidang aeronautika dan transportasi militer. Namun, materi tersebut telah dipelajari secara ekstensif dan digunakan dalam berbagai bidang. Sifatnya yang menguntungkan membuatnya cocok untuk sejumlah aplikasi industri penting.
Aplikasi industri AlN mencakup komposit refraktori untuk menangani logam cair yang agresif dan sistem pertukaran panas yang efisien.
Bahan ini digunakan untuk membuat cawan lebur untuk pertumbuhan kristal gallium arsenide dan juga digunakan dalam produksi baja dan semikonduktor.
Kegunaan lain yang diusulkan untuk aluminium nitrida termasuk sebagai sensor kimia untuk gas beracun. Memanfaatkan nanotube AIN untuk menghasilkan nanotube semu satu dimensi untuk digunakan dalam perangkat ini telah menjadi subjek penelitian. Dalam dua dekade terakhir, dioda pemancar cahaya yang beroperasi dalam spektrum ultraviolet juga telah diselidiki. Penerapan AIN film tipis pada sensor gelombang akustik permukaan telah dievaluasi.
