Aluminium Nitride (AlN) pertama kali disintesis pada tahun 1877, tetapi potensi aplikasinya dalam mikroelektronik tidak mendorong pembangunan bahan berkualiti tinggi dan berdaya maju secara komersial sehingga pertengahan 1980-an.
AIN ialah bentuk aluminium nitrat. Aluminium nitrida berbeza daripada aluminium nitrat kerana ia adalah sebatian nitrogen dengan keadaan pengoksidaan tertentu -3, manakala nitrat merujuk kepada sebarang ester atau garam asid nitrik. Struktur kristal bahan ini ialah wurtzite heksagon.
Sintesis AIN
AlN dihasilkan sama ada melalui pengurangan karboterma alumina atau nitridasi langsung aluminium. Ia mempunyai ketumpatan 3.33 g/cm3 dan, walaupun tidak cair, terurai pada suhu melebihi 2500 °C dan tekanan atmosfera. Tanpa bantuan bahan tambah pembentuk cecair, bahan itu terikat secara kovalen dan tahan terhadap pensinteran. Biasanya, oksida seperti Y2O3 atau CaO membenarkan pensinteran pada suhu antara 1600 dan 1900 darjah Celsius.
Bahagian yang diperbuat daripada aluminium nitrida boleh dihasilkan melalui pelbagai kaedah, termasuk penekan isostatik sejuk, pengacuan suntikan seramik, pengacuan suntikan tekanan rendah, tuangan pita, pemesinan ketepatan dan penekanan kering.
Ciri-ciri utama
AlN tidak tahan terhadap kebanyakan logam cair, termasuk aluminium, litium dan kuprum. Ia tidak tahan terhadap kebanyakan garam cair, termasuk klorida dan kriolit.
Aluminium nitrida mempunyai kekonduksian terma yang tinggi (170 W/mk, 200 W/mk, dan 230 W/mk) serta kerintangan volum tinggi dan kekuatan dielektrik.
Ia mudah terdedah kepada hidrolisis dalam bentuk serbuk apabila terdedah kepada air atau kelembapan. Selain itu, asid dan alkali menyerang aluminium nitrida.
Bahan ini adalah penebat untuk elektrik. Doping meningkatkan kekonduksian elektrik bahan. AIN memaparkan sifat piezoelektrik.
Aplikasi
Mikroelektronik
Ciri AlN yang paling luar biasa ialah kekonduksian terma yang tinggi, yang kedua selepas berilium di kalangan bahan seramik. Pada suhu di bawah 200 darjah Celsius, kekonduksian termanya melebihi kuprum. Gabungan kekonduksian tinggi, kerintangan isipadu dan kekuatan dielektrik ini membolehkan penggunaannya sebagai substrat dan pembungkusan untuk pemasangan komponen mikroelektronik berkuasa tinggi atau berketumpatan tinggi. Keperluan untuk menghilangkan haba yang dijana oleh kehilangan ohmik dan mengekalkan komponen dalam julat suhu operasinya adalah salah satu faktor pengehad yang menentukan ketumpatan pembungkusan komponen elektronik. Substrat AlN memberikan penyejukan yang lebih berkesan daripada substrat seramik konvensional dan lain, itulah sebabnya ia digunakan sebagai pembawa cip dan sink haba.
Aluminium nitrida menemui aplikasi komersial yang meluas dalam penapis RF untuk peranti komunikasi mudah alih. Lapisan aluminium nitrida terletak di antara dua lapisan logam. Aplikasi biasa dalam sektor komersial termasuk penebat elektrik dan komponen pengurusan haba dalam laser, chiplet, collet, penebat elektrik, gelang pengapit dalam peralatan pemprosesan semikonduktor dan pembungkusan peranti gelombang mikro.
Aplikasi Lain
Disebabkan oleh perbelanjaan AlN, aplikasinya secara sejarah terhad kepada bidang aeronautik dan pengangkutan tentera. Walau bagaimanapun, bahan tersebut telah dikaji dan digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang. Sifat berfaedahnya menjadikannya sesuai untuk beberapa aplikasi industri yang penting.
Aplikasi perindustrian AlN termasuk komposit refraktori untuk mengendalikan logam cair yang agresif dan sistem pertukaran haba yang cekap.
Bahan ini digunakan untuk membina pijar untuk pertumbuhan kristal galium arsenide dan juga digunakan dalam pengeluaran keluli dan semikonduktor.
Kegunaan lain yang dicadangkan untuk aluminium nitrida termasuk sebagai penderia kimia untuk gas toksik. Menggunakan nanotube AIN untuk menghasilkan nanotube kuasi satu dimensi untuk digunakan dalam peranti ini telah menjadi subjek penyelidikan. Dalam dua dekad yang lalu, diod pemancar cahaya yang beroperasi dalam spektrum ultraungu juga telah disiasat. Penggunaan AIN filem nipis dalam penderia gelombang akustik permukaan telah dinilai.
