Keďže integrované obvody sa stali strategickým národným priemyslom, mnohé polovodičové materiály boli preskúmané a vyvinuté a nitrid hliníka je nepochybne jedným z najsľubnejších polovodičových materiálov.
Výkonnostné charakteristiky nitridu hliníka
Nitrid hliníka (AlN) sa vyznačuje vysokou pevnosťou, vysokým objemovým odporom, vysokým izolačným napätím, koeficientom tepelnej rozťažnosti, dobrou zhodou s kremíkom atď. Používa sa nielen ako spekacia pomôcka alebo výstužná fáza pre konštrukčnú keramiku, ale používa sa aj v oblasti keramických elektronických substrátov a obalových materiálov, ktorá v posledných rokoch zažíva boom a jej výkon ďaleko prevyšuje Aluminu. Keramika z nitridu hliníka má vynikajúci celkový výkon, je ideálna pre polovodičové substráty a konštrukčné obalové materiály a má významný aplikačný potenciál v elektronickom priemysle.
Aplikácia nitridu hliníka
1. Aplikácie piezoelektrických zariadení
Nitrid hliníka má vysoký odpor, vysokú tepelnú vodivosť a nízky koeficient rozťažnosti podobne ako kremík, ktorý je ideálnym materiálom pre vysokoteplotné a vysokovýkonné elektronické zariadenia.
2. Materiály elektronického obalového substrátu
Oxid berylnatý, oxid hlinitý, nitrid kremíka a nitrid hliníka sú niektoré z najbežnejších materiálov používaných na keramické substráty.
Medzi existujúcimi keramickými materiálmi, ktoré možno použiť ako substrátové materiály, má keramika z nitridu kremíka najvyššiu pevnosť v ohybe, dobrú odolnosť proti opotrebovaniu a najlepšie komplexné mechanické vlastnosti keramických materiálov, pričom ich koeficient tepelnej rozťažnosti je najmenší. Keramika z nitridu hliníka má vysokú tepelnú vodivosť, dobrú odolnosť proti tepelným šokom a stále má dobré mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách. Dá sa povedať, že z hľadiska výkonu sú v súčasnosti najvhodnejšie na použitie ako substrátové materiály elektronických obalov nitrid hliníka a nitrid kremíka, ale majú aj spoločný problém: ich cena je vysoká.
3. Aplikácia na materiály vyžarujúce svetlo
Pokiaľ ide o účinnosť fotoelektrickej konverzie, nitrid hliníka (AlN) má maximálnu šírku pásma polovodiča s priamym pásmom 6,2 eV, čo je viac ako polovodič s nepriamym pásmovým odstupom. AlN, ako dôležitý materiál vyžarujúci modré a ultrafialové svetlo, sa používa v diódach vyžarujúcich ultrafialové a hlboké ultrafialové svetlo, ultrafialových laserových diódach, ultrafialových detektoroch atď. Nitridy skupiny AlN a III ako GaN a InN môžu tiež tvoriť súvislú pevnú látku roztoku a zakázaný pás jeho ternárnej alebo kvartérnej zliatiny sa dá plynule nastavovať od viditeľného pásma po hlboké ultrafialové pásmo, čo z neho robí dôležitý vysokovýkonný materiál vyžarujúci svetlo.
4. Aplikácia na podkladové materiály
Kryštál AlN je ideálnym substrátom pre epitaxné materiály GaN, AlGaN a AlN. V porovnaní so zafírovými alebo SiC substrátmi majú AlN a GaN lepšiu tepelnú zhodu a chemickú kompatibilitu a napätie medzi substrátom a epitaxnou vrstvou je menšie. Kryštály AlN ako epitaxné substráty GaN teda môžu výrazne znížiť hustotu defektov v zariadení a zlepšiť jeho výkon, čo má veľmi dobré vyhliadky na uplatnenie pri príprave vysokoteplotných, vysokofrekvenčných a vysokovýkonných elektronických zariadení. Okrem toho použitie kryštálov AlN ako substrátu epitaxného materiálu AlGaN s komponentmi s vysokým obsahom hliníka (Al) môže tiež účinne znížiť hustotu defektov v nitridovej epitaxnej vrstve a výrazne zlepšiť výkon a životnosť nitridových polovodičových zariadení. Na báze AlGaN bol úspešne aplikovaný vysokokvalitný detektor žalúzií.
5. Aplikácia na keramiku a žiaruvzdorné materiály
Nitrid hliníka sa môže použiť pri štrukturálnom keramickom spekaní; pripravená nitridová keramika hliníka má nielen lepšie mechanické vlastnosti a pevnosť v ohybe ako keramika Al2O3 a BeO, ale aj vyššiu tvrdosť a odolnosť proti korózii. S využitím tepelnej a eróznej odolnosti keramiky AlN je možné z nich vyrábať tégliky, Al odparovacie misky a iné diely odolné voči vysokej teplote. Čistá AlN keramika pre bezfarebné priehľadné kryštály, s vynikajúcimi optickými vlastnosťami, môže byť navyše použitá ako priehľadná keramika pre elektronické optické zariadenia a zariadenia pre vysokoteplotné infračervené okná a usmerňovacie žiaruvzdorné povlaky.
Obojstranne leštené keramické substráty z nitridu hliníka AlN od spoločnosti WINTRUSTEK
