מכיוון שמעגלים משולבים הפכו לתעשייה אסטרטגית לאומית, חומרי מוליכים למחצה רבים נחקרו ופותחו, ואלומיניום ניטריד הוא ללא ספק אחד מחומרי המוליכים למחצה המבטיחים ביותר.

מאפייני ביצועים של אלומיניום ניטריד

לאלומיניום ניטריד (AlN) יש מאפיינים של חוזק גבוה, התנגדות נפח גבוהה, מתח בידוד גבוה, מקדם התפשטות תרמית, התאמה טובה לסיליקון וכו'. הוא לא משמש רק כעזר סינטר או שלב חיזוק לקרמיקה מבנית אלא גם בשימוש בתחום מצעים אלקטרוניים קרמיים וחומרי אריזה, שפורח בשנים האחרונות, וביצועיו עולים בהרבה על אלו של אלומינה. קרמיקת אלומיניום ניטריד היא בעלת ביצועים כלליים מצוינים, היא אידיאלית עבור מצעים מוליכים למחצה וחומרי אריזה מבניים, ויש להם פוטנציאל יישום משמעותי בתעשיית האלקטרוניקה.

יישום של אלומיניום ניטריד

1. אפליקציות מכשיר פיזואלקטרי

לאלומיניום ניטריד התנגדות גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה ומקדם התפשטות נמוך בדומה לסיליקון, שהוא החומר האידיאלי למכשירים אלקטרוניים בעלי טמפרטורה גבוהה והספק גבוה.

2. חומרי מצע לאריזה אלקטרונית

תחמוצת בריליום, אלומינה, סיליקון ניטריד ואלומיניום ניטריד הם חלק מהחומרים הנפוצים ביותר המשמשים למצעים קרמיים.

מבין החומרים הקרמיים הקיימים שיכולים לשמש כחומרי מצע, קרמיקת סיליקון ניטריד היא בעלת חוזק הכיפוף הגבוה ביותר, עמידות בפני שחיקה טובה והתכונות המכניות המקיפות ביותר של חומרים קרמיים, בעוד שמקדם ההתפשטות התרמית שלהם הוא הקטן ביותר. קרמיקת אלומיניום ניטריד בעלת מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בפני זעזועים תרמיים טובה ועדיין בעלת תכונות מכניות טובות בטמפרטורות גבוהות. ניתן לומר שמבחינת הביצועים, אלומיניום ניטריד וסיליקון ניטריד הם כיום המתאימים ביותר לשימוש כחומרי מצע לאריזה אלקטרונית, אך יש להם גם בעיה משותפת: המחיר שלהם גבוה.

3. יישום על חומרים פולטי אור

במונחים של יעילות ההמרה הפוטואלקטרית, לאלומיניום ניטריד (AlN) יש רוחב מרבי של פס מוליכים למחצה ישיר של 6.2 eV, שהוא גבוה יותר ממוליך הפס העקיף. AlN, כחומר חשוב פולט אור כחול ואולטרה סגול, משמש בדיודות פולטות אור אולטרה סגול ועמוק, דיודות לייזר אולטרה סגול, גלאי אולטרה סגול וכו'. ניטרידים מקבוצת AlN ו-III כמו GaN ו-InN יכולים גם ליצור מוצק רציף פתרון, ופער הרצועה של הסגסוגת הטרינרית או הרבעונית שלו יכול להיות מותאם באופן רציף מהרצועה הנראית לפס האולטרה-סגול העמוק, מה שהופך אותו לחומר בעל ביצועים גבוהים פולט אור.

4. יישום על חומרי מצע

גביש AlN הוא המצע האידיאלי לחומרים אפיטקסיאליים GaN, AlGaN ו-AlN. בהשוואה למצעי ספיר או SiC, ל-AlN ול-GaN יש התאמה תרמית טובה יותר ותאימות כימית, והמתח בין המצע לשכבה האפיטקסיאלית קטן יותר. לכן, גבישי AlN כמצעים אפיטקסיאליים של GaN יכולים להפחית באופן משמעותי את צפיפות הפגמים במכשיר ולשפר את ביצועיו, שיש לו סיכוי טוב מאוד ליישום בהכנת מכשירים אלקטרוניים בטמפרטורה גבוהה, בתדירות גבוהה ובעוצמה גבוהה. בנוסף, שימוש בגבישי AlN כמצע חומר אפיטקסיאלי של AlGaN עם רכיבי אלומיניום (Al) גבוהים יכול גם להפחית ביעילות את צפיפות הפגם בשכבת האפיטקסיאלית של ניטריד ולשפר מאוד את הביצועים ואת משך החיים של התקני מוליכים למחצה ניטרידים. מבוסס על AlGaN, גלאי עיוור יום איכותי הוחל בהצלחה.

5. יישום על קרמיקה וחומרים עקשן

ניתן להשתמש באלומיניום ניטריד בסינטר קרמי מבניים; לקרמיקה מוכנה מאלומיניום ניטריד יש לא רק תכונות מכניות וחוזק כיפוף טובים יותר מאשר קרמיקה Al2O3 ו-BeO, אלא גם קשיות ועמידות בפני קורוזיה גבוהים יותר. בעזרת עמידות החום והשחיקה של קרמיקה AlN, ניתן להשתמש בהן לייצור כור היתוך, כלי אידוי Al, ו חלקים אחרים עמידים בפני קורוזיה בטמפרטורה גבוהה. בנוסף, קרמיקה AlN טהורה עבור גבישים שקופים חסרי צבע, בעלת תכונות אופטיות מעולות, יכולה לשמש כקרמיקה שקופה עבור מכשירים אופטיים אלקטרוניים וציוד לחלונות אינפרא אדום בטמפרטורה גבוהה וציפוי עמיד בחום מיישר.

כפול צדדים מלוטש אלומיניום ניטריד AlN מצע קרמי מבית WINTRUSTEK