Aluminiumnitrid (AlN) ble først syntetisert i 1877, men dets potensielle anvendelse i mikroelektronikk ansporet ikke utviklingen av høykvalitets, kommersielt levedyktig materiale før på midten av 1980-tallet.
AIN er en aluminiumnitratform. Aluminiumnitrid skiller seg fra aluminiumnitrat ved at det er en nitrogenforbindelse med en spesifikk oksidasjonstilstand på -3, mens nitrat refererer til enhver ester eller salt av salpetersyre. Dette materialets krystallstruktur er sekskantet wurtzitt.
Syntese av AIN
AlN produseres enten gjennom karbotermisk reduksjon av aluminiumoksyd eller direkte nitrering av aluminium. Den har en tetthet på 3,33 g/cm3 og dissosierer til tross for at den ikke smelter ved temperaturer over 2500 °C og atmosfærisk trykk. Uten hjelp av væskedannende tilsetningsstoffer er materialet kovalent bundet og motstandsdyktig mot sintring. Vanligvis tillater oksider som Y2O3 eller CaO sintring ved temperaturer mellom 1600 og 1900 grader Celsius.
Deler laget av aluminiumnitrid kan produseres via en rekke metoder, inkludert kald isostatisk pressing, keramisk sprøytestøping, lavtrykksprøytestøping, tapestøping, presisjonsmaskinering og tørrpressing.
Nøkkelegenskaper
AlN er ugjennomtrengelig for de fleste smeltede metaller, inkludert aluminium, litium og kobber. Det er ugjennomtrengelig for de fleste smeltede salter, inkludert klorider og kryolitt.
Aluminiumnitrid har høy varmeledningsevne (170 W/mk, 200 W/mk og 230 W/mk) samt høy volumresistivitet og dielektrisk styrke.
Det er utsatt for hydrolyse i pulverform når det utsettes for vann eller fuktighet. I tillegg angriper syrer og alkalier aluminiumnitrid.
Dette materialet er en isolator for elektrisitet. Doping øker den elektriske ledningsevnen til et materiale. AIN viser piezoelektriske egenskaper.
applikasjoner
Mikroelektronikk
Den mest bemerkelsesverdige egenskapen til AlN er dens høye varmeledningsevne, som er nest etter beryllium blant keramiske materialer. Ved temperaturer under 200 grader Celsius overgår dens varmeledningsevne den til kobber. Denne kombinasjonen av høy ledningsevne, volumresistivitet og dielektrisk styrke gjør det mulig å bruke den som substrater og emballasje for mikroelektroniske komponenter med høy effekt eller høy tetthet. Behovet for å spre varme generert av ohmske tap og holde komponentene innenfor driftstemperaturområdet er en av de begrensende faktorene som bestemmer tettheten til pakking av elektroniske komponenter. AlN-substrater gir mer effektiv kjøling enn konvensjonelle og andre keramiske underlag, og det er derfor de brukes som sponbærere og kjøleribber.
Aluminiumnitrid finner utbredt kommersiell anvendelse i RF-filtre for mobile kommunikasjonsenheter. Et lag av aluminiumnitrid er plassert mellom to lag av metall. Vanlige bruksområder i kommersiell sektor inkluderer elektrisk isolasjon og varmestyringskomponenter i lasere, brikker, spennhylser, elektriske isolatorer, klemringer i halvlederbehandlingsutstyr og emballasje for mikrobølgeenheter.
Andre applikasjoner
På grunn av utgiftene til AlN har applikasjonene historisk vært begrenset til militære luftfarts- og transportfelt. Imidlertid har materialet blitt grundig studert og brukt på en rekke felt. Dens fordelaktige egenskaper gjør den egnet for en rekke viktige industrielle bruksområder.
AlNs industrielle applikasjoner inkluderer ildfaste kompositter for håndtering av aggressive smeltede metaller og effektive varmevekslingssystemer.
Dette materialet brukes til å konstruere digler for vekst av galliumarsenidkrystaller og brukes også i produksjon av stål og halvledere.
Andre foreslåtte bruksområder for aluminiumnitrid inkluderer som en kjemisk sensor for giftige gasser. Å bruke AIN nanorør for å produsere kvasidimensjonale nanorør for bruk i disse enhetene har vært gjenstand for forskning. I løpet av de siste to tiårene har lysemitterende dioder som opererer i det ultrafiolette spekteret også blitt undersøkt. Anvendelsen av tynnfilm AIN i akustiske overflatebølgesensorer har blitt evaluert.
