ალუმინის ნიტრიდი (AlN) პირველად სინთეზირებული იყო 1877 წელს, მაგრამ მისმა პოტენციურმა გამოყენებამ მიკროელექტრონიკაში ხელი არ შეუწყო მაღალი ხარისხის, კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი მასალის განვითარებას 1980-იანი წლების შუა პერიოდამდე.
AIN არის ალუმინის ნიტრატის ფორმა. ალუმინის ნიტრიდი განსხვავდება ალუმინის ნიტრატისაგან იმით, რომ ეს არის აზოტის ნაერთი სპეციფიკური დაჟანგვის მდგომარეობით -3, ხოლო ნიტრატი ეხება აზოტის მჟავას ნებისმიერ ეთერს ან მარილს. ამ მასალის კრისტალური სტრუქტურა არის ექვსკუთხა ვურციტი.
AIN-ის სინთეზი
AlN წარმოიქმნება ან ალუმინის კარბოთერმული შემცირებით ან ალუმინის პირდაპირი ნიტრიდაციის გზით. მას აქვს 3,33 გ/სმ3 სიმკვრივე და, მიუხედავად იმისა, რომ არ დნება, იშლება 2500 °C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე და ატმოსფერულ წნევაზე. თხევადი წარმომქმნელი დანამატების დახმარების გარეშე მასალა კოვალენტურად არის შეკრული და მდგრადია აგლომერაციის მიმართ. როგორც წესი, ოქსიდები, როგორიცაა Y2O3 ან CaO, იძლევა აგლომერაციის საშუალებას 1600-დან 1900 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე.
ალუმინის ნიტრიდისგან დამზადებული ნაწილები შეიძლება დამზადდეს სხვადასხვა მეთოდით, მათ შორის ცივი იზოსტატიკური წნევით, კერამიკული ინექციური ჩამოსხმა, დაბალი წნევის საინექციო ჩამოსხმა, ლენტის ჩამოსხმა, ზუსტი დამუშავება და მშრალი წნეხი.
ძირითადი მახასიათებლები
AlN არ არის გამდნარი მეტალების უმეტესობისთვის, მათ შორის ალუმინის, ლითიუმის და სპილენძის მიმართ. ის შეუღწევადია გამდნარი მარილების უმრავლესობის მიმართ, მათ შორის ქლორიდები და კრიოლიტი.
ალუმინის ნიტრიდს აქვს მაღალი თბოგამტარობა (170 ვტ/მკ, 200 ვტ/მკ და 230 ვტ/მკ), ასევე მაღალი მოცულობითი წინაღობა და დიელექტრიკული სიძლიერე.
იგი მგრძნობიარეა ჰიდროლიზის მიმართ ფხვნილის სახით, როდესაც ექვემდებარება წყალს ან ტენიანობას. გარდა ამისა, მჟავები და ტუტეები თავს ესხმიან ალუმინის ნიტრიდს.
ეს მასალა ელექტროენერგიის იზოლატორია. დოპინგი აძლიერებს მასალის ელექტროგამტარობას. AIN აჩვენებს პიეზოელექტრიკულ თვისებებს.
აპლიკაციები
მიკროელექტრონიკა
AlN-ის ყველაზე თვალსაჩინო მახასიათებელია მისი მაღალი თბოგამტარობა, რომელიც კერამიკულ მასალებს შორის მხოლოდ ბერილიუმს ჩამორჩება. 200 გრადუს ცელსიუსზე დაბალ ტემპერატურაზე მისი თბოგამტარობა აღემატება სპილენძს. მაღალი გამტარობის, მოცულობითი წინაღობისა და დიელექტრიკული სიძლიერის ეს კომბინაცია იძლევა მის გამოყენებას, როგორც სუბსტრატსა და შეფუთვას მაღალი სიმძლავრის ან მაღალი სიმკვრივის მიკროელექტრონული კომპონენტების შეკრებებისთვის. ომური დანაკარგებით წარმოქმნილი სითბოს გაფანტვის აუცილებლობა და კომპონენტების მუშაობის ტემპერატურის დიაპაზონში შენარჩუნება არის ერთ-ერთი შემზღუდველი ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონული კომპონენტების შეფუთვის სიმკვრივეს. AlN სუბსტრატები უზრუნველყოფს უფრო ეფექტურ გაგრილებას, ვიდრე ჩვეულებრივი და სხვა კერამიკული სუბსტრატები, რის გამოც ისინი გამოიყენება როგორც ჩიპების მატარებლები და გამათბობლები.
ალუმინის ნიტრიდი პოულობს ფართო კომერციულ გამოყენებას RF ფილტრებში მობილური საკომუნიკაციო მოწყობილობებისთვის. ალუმინის ნიტრიდის ფენა მდებარეობს ლითონის ორ ფენას შორის. კომერციულ სექტორში გავრცელებული აპლიკაციები მოიცავს ელექტრო საიზოლაციო და სითბოს მართვის კომპონენტებს ლაზერებში, ჩიპლეტებში, კოლეტებში, ელექტრო იზოლატორებში, სამაგრის რგოლებში ნახევარგამტარული გადამამუშავებელ მოწყობილობებში და მიკროტალღური მოწყობილობების შეფუთვაში.
სხვა აპლიკაციები
AlN-ის ხარჯების გამო, მისი გამოყენება ისტორიულად შემოიფარგლება სამხედრო აერონავტიკისა და სატრანსპორტო სფეროებით. თუმცა, მასალა ფართოდ იქნა შესწავლილი და გამოყენებული სხვადასხვა სფეროში. მისი ხელსაყრელი თვისებები ხდის მას შესაფერისს მრავალი მნიშვნელოვანი სამრეწველო გამოყენებისთვის.
AlN-ის სამრეწველო აპლიკაციები მოიცავს ცეცხლგამძლე კომპოზიტებს აგრესიული მდნარი ლითონების დასამუშავებლად და სითბოს გაცვლის ეფექტური სისტემებისთვის.
ეს მასალა გამოიყენება ჭურჭლის ასაგებად გალიუმის დარიშხანის კრისტალების ზრდისთვის და ასევე გამოიყენება ფოლადის და ნახევარგამტარების წარმოებაში.
ალუმინის ნიტრიდის სხვა შემოთავაზებული გამოყენება მოიცავს როგორც ტოქსიკური აირების ქიმიურ სენსორს. AIN ნანომილების გამოყენება ამ მოწყობილობებში გამოსაყენებელი კვაზიერთგანზომილებიანი ნანომილების წარმოებისთვის იყო კვლევის საგანი. გასული ორი ათწლეულის განმავლობაში ასევე გამოიკვლია სინათლის გამოსხივების დიოდები, რომლებიც მოქმედებენ ულტრაიისფერ სპექტრში. შეფასებული იქნა თხელი ფირის AIN-ის გამოყენება ზედაპირული აკუსტიკური ტალღის სენსორებში.
