Ker so integrirana vezja postala strateška nacionalna industrija, so bili raziskani in razviti številni polprevodniški materiali, aluminijev nitrid pa je nedvomno eden najbolj obetavnih polprevodniških materialov.
Značilnosti delovanja aluminijevega nitrida
Aluminijev nitrid (AlN) ima značilnosti visoke trdnosti, visoke volumske upornosti, visoke izolacijske napetosti, koeficienta toplotnega raztezanja, dobrega ujemanja s silicijem itd. Ne uporablja se le kot pripomoček za sintranje ali ojačitvena faza za strukturno keramiko, ampak se uporablja tudi na področju keramičnih elektronskih substratov in embalažnih materialov, ki je v zadnjih letih v razcvetu, njegova zmogljivost pa daleč presega glinico. Keramika iz aluminijevega nitrida ima odlično splošno zmogljivost, je idealna za polprevodniške substrate in strukturne embalažne materiale ter ima velik potencial uporabe v elektronski industriji.
Uporaba aluminijevega nitrida
1. Aplikacije piezoelektričnih naprav
Aluminijev nitrid ima visoko upornost, visoko toplotno prevodnost in nizek koeficient razteznosti, podoben siliciju, ki je idealen material za visokotemperaturne in močne elektronske naprave.
2. Materiali substrata za elektronsko embalažo
Berilijev oksid, aluminijev oksid, silicijev nitrid in aluminijev nitrid so nekateri najpogostejši materiali, ki se uporabljajo za keramične podlage.
Med obstoječimi keramičnimi materiali, ki se lahko uporabljajo kot substratni materiali, ima keramika iz silicijevega nitrida največjo upogibno trdnost, dobro odpornost proti obrabi in najboljše celovite mehanske lastnosti keramičnih materialov, medtem ko je njihov koeficient toplotnega raztezanja najmanjši. Keramika iz aluminijevega nitrida ima visoko toplotno prevodnost, dobro odpornost na toplotne udarce in še vedno dobre mehanske lastnosti pri visokih temperaturah. Lahko rečemo, da sta z vidika zmogljivosti aluminijev nitrid in silicijev nitrid trenutno najprimernejša za uporabo kot substratna materiala za elektronsko embalažo, vendar imata tudi skupno težavo: njuna cena je visoka.
3. Uporaba na materialih, ki oddajajo svetlobo
Kar zadeva učinkovitost fotoelektrične pretvorbe, ima aluminijev nitrid (AlN) največjo širino polprevodniškega pasu z neposrednim pasovnim razmikom 6,2 eV, kar je več kot pri posrednem polprevodniku. AlN kot pomemben material, ki oddaja modro in ultravijolično svetlobo, se uporablja v diodah, ki oddajajo ultravijolično in globoko ultravijolično svetlobo, ultravijoličnih laserskih diodah, ultravijoličnih detektorjih itd. AlN in nitridi skupine III, kot sta GaN in InN, lahko tvorijo tudi neprekinjeno trdno snov raztopino, pasovno vrzel njegove ternarne ali kvartarne zlitine pa je mogoče nenehno prilagajati od vidnega pasu do globokega ultravijoličnega pasu, zaradi česar je pomemben visoko zmogljiv material, ki oddaja svetlobo.
4. Nanos na substratne materiale
Kristal AlN je idealen substrat za epitaksialne materiale GaN, AlGaN in AlN. V primerjavi s substrati iz safirja ali SiC imata AlN in GaN boljše toplotno ujemanje in kemično združljivost, napetost med substratom in epitaksialno plastjo pa je manjša. Zato lahko kristali AlN kot epitaksialni substrati GaN znatno zmanjšajo gostoto napak v napravi in izboljšajo njeno delovanje, kar ima zelo dobre možnosti za uporabo pri pripravi visokotemperaturnih, visokofrekvenčnih in močnih elektronskih naprav. Poleg tega lahko uporaba kristalov AlN kot podlage za epitaksialni material AlGaN s komponentami z visoko vsebnostjo aluminija (Al) tudi učinkovito zmanjša gostoto napak v epitaksialni plasti nitrida in močno izboljša delovanje in življenjsko dobo nitridnih polprevodniških naprav. Na osnovi AlGaN je bil uspešno uporabljen visokokakovosten dnevno slep detektor.
5. Uporaba na keramiki in ognjevzdržnih materialih
Aluminijev nitrid se lahko uporablja pri sintranju strukturne keramike; pripravljena keramika iz aluminijevega nitrida nima samo boljših mehanskih lastnosti in upogibne trdnosti kot keramika Al2O3 in BeO, ampak tudi višjo trdoto in odpornost proti koroziji. Z uporabo toplotne in erozijske odpornosti keramike AlN se lahko uporablja za izdelavo lončkov, posod za izparevanje Al in drugi deli, odporni proti koroziji pri visokih temperaturah. Poleg tega se lahko čista keramika AlN za brezbarvne prozorne kristale z odličnimi optičnimi lastnostmi uporablja kot prozorna keramika za elektronske optične naprave in opremo za visokotemperaturna infrardeča okna in toplotno odporno prevleko usmernika.
Dvostransko polirani keramični substrati iz aluminijevega nitrida AlN podjetja WINTRUSTEK
