Ponieważ układy scalone stały się strategicznym przemysłem krajowym, zbadano i opracowano wiele materiałów półprzewodnikowych, a azotek glinu jest niewątpliwie jednym z najbardziej obiecujących materiałów półprzewodnikowych.

Charakterystyka działania azotku glinu

Azotek glinu (AlN) charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, dużą rezystywnością objętościową, wysokim napięciem izolacji, współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, dobrym dopasowaniem do krzemu itp. Jest stosowany nie tylko jako środek wspomagający spiekanie lub faza wzmacniająca do ceramiki konstrukcyjnej, ale także używany w dziedzinie ceramicznych podłoży elektronicznych i materiałów opakowaniowych, która rozwija się w ostatnich latach, a jej wydajność znacznie przewyższa tę z tlenku glinu. Ceramika z azotku glinu ma doskonałe ogólne właściwości, jest idealna do podłoży półprzewodnikowych i strukturalnych materiałów opakowaniowych i ma znaczny potencjał zastosowań w przemyśle elektronicznym.

Zastosowanie azotku glinu

1. Aplikacje urządzeń piezoelektrycznych

Azotek glinu ma wysoką rezystywność, wysoką przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności podobny do krzemu, który jest idealnym materiałem do urządzeń elektronicznych o wysokiej temperaturze i dużej mocy.

2. Materiały podłoża do opakowań elektronicznych

Tlenek berylu, tlenek glinu, azotek krzemu i azotek glinu to jedne z najczęściej stosowanych materiałów na podłoża ceramiczne.

Spośród istniejących materiałów ceramicznych, które mogą być stosowane jako materiały podłoża, ceramika z azotku krzemu charakteryzuje się największą wytrzymałością na zginanie, dobrą odpornością na zużycie oraz najlepszymi kompleksowymi właściwościami mechanicznymi materiałów ceramicznych, a ich współczynnik rozszerzalności cieplnej jest najmniejszy. Ceramika z azotku glinu ma wysoką przewodność cieplną, dobrą odporność na szok termiczny i nadal ma dobre właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Można powiedzieć, że z punktu widzenia parametrów użytkowych azotek glinu i azotek krzemu są obecnie najbardziej odpowiednimi materiałami na podłoża do opakowań elektronicznych, ale mają też wspólny problem: ich cena jest wysoka.

3. Zastosowanie do materiałów emitujących światło

Pod względem wydajności konwersji fotoelektrycznej azotek glinu (AlN) ma maksymalną szerokość pasma półprzewodnika z bezpośrednim pasmem wzbronionym 6,2 eV, czyli więcej niż półprzewodnik z pośrednim pasmem wzbronionym. AlN, jako ważny materiał emitujący światło niebieskie i ultrafioletowe, jest stosowany w diodach emitujących światło ultrafioletowe i głębokie ultrafioletowe, ultrafioletowych diodach laserowych, detektorach ultrafioletowych itp. Azotki AlN i grupy III, takie jak GaN i InN, mogą również tworzyć ciągłe ciało stałe rozwiązanie, a pasmo wzbronione jego trójskładnikowego lub czwartorzędowego stopu można regulować w sposób ciągły od pasma widzialnego do pasma głębokiego ultrafioletu, co czyni go ważnym wysokowydajnym materiałem emitującym światło.

4. Aplikacja na podłoża

Kryształ AlN jest idealnym podłożem dla materiałów epitaksjalnych GaN, AlGaN i AlN. W porównaniu z podłożami szafirowymi lub SiC, AlN i GaN mają lepsze dopasowanie termiczne i kompatybilność chemiczną, a naprężenia między podłożem a warstwą epitaksjalną są mniejsze. Dlatego też kryształy AlN jako podłoża epitaksjalne GaN mogą znacznie zmniejszyć gęstość defektów w urządzeniu i poprawić jego wydajność, co ma bardzo dobre perspektywy zastosowania w przygotowaniu urządzeń elektronicznych o wysokiej temperaturze, wysokiej częstotliwości i dużej mocy. Ponadto użycie kryształów AlN jako podłoża z materiału epitaksjalnego AlGaN o wysokiej zawartości aluminium (Al) może również skutecznie zmniejszyć gęstość defektów w epitaksjalnej warstwie azotku i znacznie poprawić wydajność i żywotność azotkowych urządzeń półprzewodnikowych. W oparciu o AlGaN z powodzeniem zastosowano wysokiej jakości detektor ślepy w dzień.

5. Zastosowanie do ceramiki i materiałów ogniotrwałych

Azotek glinu może być stosowany w strukturalnym spiekaniu ceramiki; preparowana ceramika z azotku glinu ma nie tylko lepsze właściwości mechaniczne i wytrzymałość na zginanie niż ceramika Al2O3 i BeO, ale także wyższą twardość i odporność na korozję. Wykorzystując odporność na ciepło i erozję ceramiki AlN, można z nich wytwarzać tygle, szalki do odparowywania aluminium i inne części odporne na korozję w wysokich temperaturach. Ponadto czysta ceramika AlN do bezbarwnych przezroczystych kryształów, o doskonałych właściwościach optycznych, może być stosowana jako przezroczysta ceramika do elektronicznych urządzeń optycznych i sprzętu do wysokotemperaturowych okien na podczerwień i powłok żaroodpornych prostownika.

Dwustronnie polerowane podłoża ceramiczne z azotku glinu AlN firmy WINTRUSTEK