Aliuminio nitridas (AlN) pirmą kartą buvo susintetintas 1877 m., tačiau galimas jo panaudojimas mikroelektronikoje nepaskatino kurti aukštos kokybės, komerciškai perspektyvių medžiagų iki devintojo dešimtmečio vidurio.
AIN yra aliuminio nitrato forma. Aliuminio nitridas nuo aliuminio nitrato skiriasi tuo, kad yra azoto junginys, kurio specifinė oksidacijos būsena yra -3, o nitratas reiškia bet kurį azoto rūgšties esterią arba druską. Šios medžiagos kristalinė struktūra yra šešiakampis vurcitas.
AIN sintezė
AlN gaminamas arba karboterminiu būdu redukuojant aliuminio oksidą, arba tiesiogiai nitriduojant aliuminį. Jo tankis yra 3,33 g/cm3 ir, nepaisant nelydymosi, jis disocijuoja aukštesnėje nei 2500 °C temperatūroje ir atmosferos slėgyje. Be skystį formuojančių priedų, medžiaga yra kovalentiškai surišta ir atspari sukepimui. Paprastai oksidai, tokie kaip Y2O3 arba CaO, leidžia sukepinti 1600–1900 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Dalys, pagamintos iš aliuminio nitrido, gali būti gaminamos įvairiais būdais, įskaitant šalto izostatinio presavimo, keramikos liejimo įpurškimo, žemo slėgio liejimo įpurškimo, juostos liejimo, tikslaus apdirbimo ir sauso presavimo būdus.
Pagrindiniai bruožai
AlN yra nepralaidus daugumai išlydytų metalų, įskaitant aliuminį, litį ir varį. Jis nelaidus daugumai išlydytų druskų, įskaitant chloridus ir kriolitą.
Aliuminio nitridas pasižymi dideliu šilumos laidumu (170 W/mk, 200 W/mk ir 230 W/mk), taip pat dideliu tūriniu savitumu ir dielektriniu stiprumu.
Jis yra jautrus hidrolizei miltelių pavidalu, kai yra veikiamas vandens ar drėgmės. Be to, rūgštys ir šarmai atakuoja aliuminio nitridą.
Ši medžiaga yra elektros izoliatorius. Dopingas padidina medžiagos elektrinį laidumą. AIN rodo pjezoelektrines savybes.
Programos
Mikroelektronika
Ryškiausia AlN savybė yra didelis šilumos laidumas, kuris tarp keraminių medžiagų nusileidžia tik beriliui. Esant žemesnei nei 200 laipsnių Celsijaus temperatūrai, jo šilumos laidumas pranoksta vario laidumą. Šis didelio laidumo, tūrinės varžos ir dielektrinio stiprumo derinys leidžia jį naudoti kaip substratą ir pakuotę didelės galios arba didelio tankio mikroelektroninių komponentų rinkiniams. Poreikis išsklaidyti šilumą, sukuriamą dėl ominių nuostolių, ir išlaikyti komponentus jų darbinės temperatūros diapazone yra vienas iš ribojančių veiksnių, lemiančių elektroninių komponentų pakuotės tankį. AlN substratai užtikrina efektyvesnį aušinimą nei įprasti ir kiti keraminiai pagrindai, todėl jie naudojami kaip drožlių laikikliai ir šilumos šalintuvai.
Aliuminio nitridas plačiai komerciškai naudojamas mobiliojo ryšio įrenginių RF filtruose. Aliuminio nitrido sluoksnis yra tarp dviejų metalo sluoksnių. Komerciniame sektoriuje dažniausiai naudojami elektros izoliacijos ir šilumos valdymo komponentai lazeriuose, mikroschemos, įvorės, elektros izoliatoriai, apkabos žiedai puslaidininkių apdorojimo įrangoje ir mikrobangų įrenginių pakuotės.
Kitos programos
Dėl AlN sąnaudų jo pritaikymas istoriškai apsiribojo karinės aeronautikos ir transporto sritimis. Tačiau medžiaga buvo plačiai ištirta ir panaudota įvairiose srityse. Dėl savo naudingų savybių jis tinkamas daugeliui svarbių pramonės sričių.
„AlN“ pramoninis pritaikymas apima ugniai atsparius kompozitus, skirtus apdoroti agresyvius išlydytus metalus, ir efektyvias šilumos mainų sistemas.
Ši medžiaga naudojama tiglių, skirtų galio arsenido kristalams augti, gamybai, taip pat naudojama plieno ir puslaidininkių gamyboje.
Kiti siūlomi aliuminio nitrido naudojimo būdai yra cheminis toksinių dujų jutiklis. Buvo tiriamas AIN nanovamzdelių panaudojimas gaminant beveik vienmačius nanovamzdelius, skirtus naudoti šiuose įrenginiuose. Per pastaruosius du dešimtmečius taip pat buvo tiriami šviesos diodai, veikiantys ultravioletiniame spektre. Įvertintas plonasluoksnio AIN panaudojimas paviršinių akustinių bangų jutikliuose.
