最も有望なセラミック材料の 1 つである窒化アルミニウム

2022-10-25

集積回路が戦略的な国家産業になっているため、多くの半導体材料が研究開発されており、窒化アルミニウムは間違いなく最も有望な半導体材料の 1 つです。

窒化アルミニウムの性能特性

窒化アルミニウム（AlN）は、高強度、高体積抵抗率、高絶縁電圧、熱膨張係数、シリコンとの良好なマッチングなどの特性を持っています。それは、構造用セラミックスの焼結助剤または強化相として使用されるだけでなく、近年活況を呈しているセラミック電子基板やパッケージ材料の分野で、その性能はアルミナをはるかに凌駕しています。窒化アルミニウムセラミックスは全体的に優れた性能を持ち、半導体基板や構造用パッケージ材料に最適であり、エレクトロニクス産業で大きな応用の可能性を秘めています。

窒化アルミニウムの応用

1. 圧電デバイスの応用

窒化アルミニウムは、シリコンに似た高抵抗率、高熱伝導率、および低膨張係数を備えており、高温および高出力の電子デバイスに理想的な材料です。

2. 電子パッケージ基板材料

酸化ベリリウム、アルミナ、窒化ケイ素、および窒化アルミニウムは、セラミック基板に使用される最も一般的な材料の一部です。

基板材料として使用できる既存のセラミック材料の中で、窒化ケイ素セラミックは、最高の曲げ強度、優れた耐摩耗性、およびセラミック材料の最高の総合的な機械的特性を持ち、熱膨張係数は最小です。窒化アルミニウムセラミックは、熱伝導率が高く、耐熱衝撃性に優れ、高温でも優れた機械的特性を備えています。現在、電子実装用基板材料としては窒化アルミニウムや窒化ケイ素が性能面で最も適していると言えますが、価格が高いという共通の問題があります。

3. 発光材料への応用

光電変換効率に関しては、窒化アルミニウム（AlN）は、直接バンドギャップ半導体のバンド最大幅が6.2 eVと、間接バンドギャップ半導体よりも高い。重要な青色および紫外発光材料としての AlN は、紫外および深紫外発光ダイオード、紫外レーザーダイオード、紫外検出器などで使用されます。AlN および GaN や InN のような III 族窒化物も連続固体を形成できます。三元または四元合金のバンドギャップは、可視帯域から遠紫外帯域まで連続的に調整できるため、重要な高性能発光材料となっています。

4. 基板材料への応用

AlN 結晶は、GaN、AlGaN、および AlN エピタキシャル材料の理想的な基板です。サファイアまたは SiC 基板と比較して、AlN および GaN は熱的整合性と化学的適合性が優れており、基板とエピタキシャル層の間の応力が小さくなります。したがって、GaNエピタキシャル基板としてのAlN結晶は、デバイスの欠陥密度を大幅に低減し、その性能を向上させることができます。これは、高温、高周波、および高出力の電子デバイスの製造への応用の非常に良い見通しを持っています.さらに、アルミニウム（Al）成分の多いAlGaNエピタキシャル材料基板としてAlN結晶を使用すると、窒化物エピタキシャル層の欠陥密度を効果的に低減し、窒化物半導体デバイスの性能と寿命を大幅に改善することができます。 AlGaN に基づいて、高品質の日ブラインド検出器が正常に適用されました。

5. セラミックス・耐火物への応用

窒化アルミニウムは、構造用セラミックの焼結に使用できます。準備された窒化アルミニウムセラミックスは、Al2O3 および BeO セラミックスよりも機械的特性と曲げ強度が優れているだけでなく、硬度と耐食性も高くなります。その他の高温耐食部品。また、光学特性に優れた無色透明結晶用の純AlNセラミックスは、電子光学機器の透明セラミックスとして、高温赤外線窓や整流器の耐熱コーティングなどに使用できます。

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