Алюминий нитриді (AlN) алғаш рет 1877 жылы синтезделді, бірақ оның микроэлектроникада әлеуетті қолданылуы 1980 жылдардың ортасына дейін жоғары сапалы, коммерциялық тұрғыдан жарамды материалдың дамуына түрткі болмады.
AIN - алюминий нитратының түрі. Алюминий нитриді алюминий нитратынан ерекше тотығу дәрежесі -3 болатын азот қосылысы болып табылады, ал нитрат кез келген күрделі эфирге немесе азот қышқылының тұзына жатады. Бұл материалдың кристалдық құрылымы алтыбұрышты вурцит болып табылады.
AIN синтезі
AlN алюминий тотығын карботермиялық тотықсыздандыру немесе алюминийді тікелей нитридтеу арқылы өндіріледі. Оның тығыздығы 3,33 г/см3 және балқымағанына қарамастан, 2500 °C жоғары температурада және атмосфералық қысымда диссоциацияланады. Сұйықтық түзетін қоспалардың көмегінсіз материал ковалентті байланысқан және агломерацияға төзімді. Әдетте, Y2O3 немесе CaO сияқты оксидтер 1600 және 1900 градус Цельсий температурасында агломерациялауға мүмкіндік береді.
Алюминий нитридінен жасалған бөлшектерді суық изостатикалық престеу, керамикалық бүрку, төмен қысымды құю, таспа құю, дәл өңдеу және құрғақ престеу сияқты әртүрлі әдістермен жасауға болады.
Басты ерекшеліктер
AlN алюминий, литий және мыс сияқты балқытылған металдардың көпшілігін өткізбейді. Ол хлоридтер мен криолитті қоса алғанда, балқытылған тұздардың көпшілігін өткізбейді.
Алюминий нитриді жоғары жылу өткізгіштікке (170 Вт/мк, 200 Вт/мк және 230 Вт/мк), сонымен қатар жоғары көлемдік кедергіге және диэлектрлік беріктікке ие.
Судың немесе ылғалдылықтың әсерінен ұнтақ түрінде гидролизге ұшырайды. Сонымен қатар, қышқылдар мен сілтілер алюминий нитридіне әсер етеді.
Бұл материал электр тогы үшін оқшаулағыш болып табылады. Допинг материалдың электр өткізгіштігін арттырады. AIN пьезоэлектрлік қасиеттерді көрсетеді.
Қолданбалар
Микроэлектроника
AlN-нің ең керемет сипаттамасы оның жоғары жылу өткізгіштігі болып табылады, ол керамикалық материалдардың ішінде бериллийден кейін екінші орында. 200 градус Цельсийден төмен температурада оның жылу өткізгіштігі мыстан асып түседі. Жоғары өткізгіштіктің, көлемдік кедергінің және диэлектрлік беріктіктің бұл үйлесімі оны жоғары қуатты немесе жоғары тығыздықтағы микроэлектронды құрамдас жинақтар үшін субстраттар мен орауыш ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Омдық жоғалтулар нәтижесінде пайда болатын жылуды тарату және компоненттерді олардың жұмыс температурасының диапазонында ұстау қажеттілігі электрондық компоненттердің орау тығыздығын анықтайтын шектеуші факторлардың бірі болып табылады. AlN субстраттары кәдімгі және басқа керамикалық субстраттарға қарағанда тиімді салқындатуды қамтамасыз етеді, сондықтан олар чип тасымалдаушы және жылу қабылдағыш ретінде пайдаланылады.
Алюминий нитриді ұялы байланыс құрылғыларына арналған радиожиілік сүзгілерінде кең таралған коммерциялық қолданбаны табады. Алюминий нитридінің қабаты металдың екі қабатының арасында орналасқан. Коммерциялық сектордағы кең таралған қолданбаларға лазерлерде, чиплеттерде, коллеттерде, электр изоляторларында, жартылай өткізгішті өңдеу жабдықтарындағы қысқыш сақиналардағы және микротолқынды құрылғылардың қаптамасындағы электр оқшаулау және жылуды басқару компоненттері жатады.
Басқа қолданбалар
AlN шығындарына байланысты оның қолданулары тарихи түрде әскери аэронавтика және көлік салаларымен шектелген. Дегенмен, материал әртүрлі салаларда кеңінен зерттелді және қолданылды. Оның пайдалы қасиеттері оны бірқатар маңызды өнеркәсіптік қолданбаларға қолайлы етеді.
AlN өнеркәсіптік қолданбаларына агрессивті балқытылған металдарды өңдеуге арналған отқа төзімді композиттер және тиімді жылу алмасу жүйелері кіреді.
Бұл материал галлий арсенидінің кристалдарын өсіруге арналған тигельдерді салу үшін қолданылады және сонымен қатар болат пен жартылай өткізгіштер өндірісінде қолданылады.
Алюминий нитриді үшін басқа ұсынылатын пайдаланулар улы газдарға арналған химиялық сенсор ретінде қамтиды. Осы құрылғыларда пайдалану үшін квази-бір өлшемді нанотүтіктерді шығару үшін AIN нанотүтіктерін пайдалану зерттеу нысаны болды. Соңғы екі онжылдықта ультракүлгін спектрде жұмыс істейтін жарық диодтары да зерттелді. Беттік акустикалық толқын сенсорларында жұқа қабықшалы AIN қолдануы бағаланды.
