Алуминиум нитрид (AlN) првпат бил синтетизиран во 1877 година, но неговата потенцијална примена во микроелектрониката не поттикнала развој на висококвалитетен, комерцијално исплатлив материјал до средината на 1980-тите.
AIN е форма на алуминиум нитрат. Алуминиум нитрид се разликува од алуминиум нитрат по тоа што е азотно соединение со специфична оксидациска состојба од -3, додека нитратот се однесува на кој било естер или сол на азотна киселина. Кристалната структура на овој материјал е хексагонален вурцит.
Синтеза на AIN
AlN се произведува или преку карботермална редукција на алумина или преку директна нитридација на алуминиум. Има густина од 3,33 g/cm3 и, иако не се топи, се дисоцира на температури над 2500 °C и атмосферски притисок. Без помош на адитиви кои формираат течност, материјалот е ковалентно врзан и отпорен на синтерување. Вообичаено, оксидите како што се Y2O3 или CaO дозволуваат синтерување на температури помеѓу 1600 и 1900 Целзиусови степени.
Деловите направени од алуминиум нитрид може да се произведуваат преку различни методи, вклучувајќи ладно изостатско пресување, керамичко обликување со вбризгување, обликување со вбризгување со низок притисок, леење лента, прецизна обработка и суво пресување.
Клучни карактеристики
AlN е непропустлив за повеќето стопени метали, вклучувајќи алуминиум, литиум и бакар. Тој е непропустлив за повеќето стопени соли, вклучувајќи хлориди и криолит.
Алуминиумскиот нитрид поседува висока топлинска спроводливост (170 W/mk, 200 W/mk и 230 W/mk), како и висока волуменска отпорност и диелектрична сила.
Тој е подложен на хидролиза во форма на прав кога е изложен на вода или влажност. Дополнително, киселините и алкалите го напаѓаат алуминиум нитрид.
Овој материјал е изолатор за електрична енергија. Допингот ја подобрува електричната спроводливост на материјалот. AIN прикажува пиезоелектрични својства.
Апликации
Микроелектроника
Највпечатлива карактеристика на AlN е неговата висока топлинска спроводливост, која е само втора по берилиумот меѓу керамичките материјали. На температури под 200 степени Целзиусови, неговата топлинска спроводливост ја надминува онаа на бакарот. Оваа комбинација на висока спроводливост, волуменска отпорност и диелектрична цврстина овозможува нејзина употреба како подлоги и пакување за склопови на микроелектронски компоненти со висока моќност или висока густина. Потребата да се троши топлината создадена од омските загуби и да се одржуваат компонентите во опсегот на нивната работна температура е еден од ограничувачките фактори што ја одредуваат густината на пакувањето на електронските компоненти. Подлогите AlN обезбедуваат поефикасно ладење од конвенционалните и другите керамички подлоги, поради што се користат како носачи на чипови и ладилници.
Алуминиумскиот нитрид наоѓа широка комерцијална примена во RF филтрите за мобилни комуникациски уреди. Слој од алуминиум нитрид се наоѓа помеѓу два слоја метал. Вообичаените апликации во комерцијалниот сектор вклучуваат компоненти за електрична изолација и управување со топлина во ласери, чиплети, колети, електрични изолатори, прстени за стегање во опрема за обработка на полупроводници и пакување на микробранови уреди.
Други апликации
Поради трошоците на AlN, неговите апликации историски се ограничени на воената аеронаутика и транспортните полиња. Сепак, материјалот е опширно проучуван и користен во различни области. Неговите поволни својства го прават погоден за голем број важни индустриски апликации.
Индустриските апликации на AlN вклучуваат огноотпорни композити за ракување со агресивни стопени метали и ефикасни системи за размена на топлина.
Овој материјал се користи за изградба на садници за раст на кристалите на галиум арсенид и исто така се користи во производството на челик и полупроводници.
Други предложени намени за алуминиум нитрид вклучуваат како хемиски сензор за токсични гасови. Искористувањето на наноцевките AIN за производство на квази еднодимензионални наноцевки за употреба во овие уреди е предмет на истражување. Во изминатите две децении беа испитани и диоди што емитуваат светлина кои работат во ултравиолетовиот спектар. Проценета е примената на AIN со тенок слој во површинските сензори за акустични бранови.
