Nitridi i aluminit (AlN) u sintetizua për herë të parë në 1877, por aplikimi i tij i mundshëm në mikroelektronikë nuk nxiti zhvillimin e materialit me cilësi të lartë dhe komercialisht të zbatueshëm deri në mesin e viteve 1980.
AIN është një formë nitrat alumini. Nitridi i aluminit ndryshon nga nitrati i aluminit në atë që është një përbërje azoti me një gjendje specifike oksidimi prej -3, ndërsa nitrati i referohet çdo esteri ose kripe të acidit nitrik. Struktura kristalore e këtij materiali është wurtzite gjashtëkëndore.
Sinteza e AIN
AlN prodhohet ose nëpërmjet reduktimit karbotermik të aluminit ose nitridimit të drejtpërdrejtë të aluminit. Ka një dendësi prej 3,33 g/cm3 dhe, pavarësisht se nuk shkrihet, shpërndahet në temperatura mbi 2500 °C dhe presion atmosferik. Pa ndihmën e aditivëve që formojnë lëngje, materiali është i lidhur në mënyrë kovalente dhe rezistent ndaj sinterimit. Në mënyrë tipike, oksidet si Y2O3 ose CaO lejojnë shkrirjen në temperatura midis 1600 dhe 1900 gradë Celsius.
Pjesët e bëra nga nitridi i aluminit mund të prodhohen nëpërmjet një sërë metodash, duke përfshirë presimin izostatik të ftohtë, derdhjen me injeksion qeramike, derdhje me injeksion me presion të ulët, derdhje shiriti, përpunim precize dhe presim të thatë.
Karakteristikat kryesore
AlN është i papërshkueshëm nga shumica e metaleve të shkrirë, duke përfshirë aluminin, litiumin dhe bakrin. Është i papërshkueshëm nga shumica e kripërave të shkrira, duke përfshirë kloruret dhe kriolitin.
Nitridi i aluminit posedon përçueshmëri të lartë termike (170 W/mk, 200 W/mk dhe 230 W/mk) si dhe rezistencë të lartë vëllimore dhe forcë dielektrike.
Është i ndjeshëm ndaj hidrolizës në formë pluhuri kur ekspozohet ndaj ujit ose lagështisë. Për më tepër, acidet dhe alkalet sulmojnë nitridin e aluminit.
Ky material është një izolues për energjinë elektrike. Dopingu rrit përçueshmërinë elektrike të një materiali. AIN shfaq vetitë piezoelektrike.
Aplikacionet
Mikroelektronika
Karakteristika më e spikatur e AlN është përçueshmëria e tij e lartë termike, e cila është e dyta pas beriliumit midis materialeve qeramike. Në temperaturat nën 200 gradë Celsius, përçueshmëria e tij termike e kalon atë të bakrit. Ky kombinim i përçueshmërisë së lartë, rezistencës së vëllimit dhe forcës dielektrike mundëson përdorimin e tij si nënshtresa dhe paketim për montimet e komponentëve mikroelektronikë me fuqi të lartë ose me densitet të lartë. Nevoja për të shpërndarë nxehtësinë e krijuar nga humbjet omike dhe për të ruajtur komponentët brenda intervalit të tyre të temperaturës së funksionimit është një nga faktorët kufizues që përcaktojnë dendësinë e paketimit të komponentëve elektronikë. Nënshtresat AlN sigurojnë ftohje më efektive sesa nënshtresat konvencionale dhe ato të tjera qeramike, kjo është arsyeja pse ato përdoren si bartës të çipave dhe ftohës.
Nitridi i aluminit gjen aplikim të gjerë tregtar në filtrat RF për pajisjet e komunikimit celular. Një shtresë e nitridit të aluminit ndodhet midis dy shtresave të metalit. Aplikimet e zakonshme në sektorin komercial përfshijnë komponentët e izolimit elektrik dhe të menaxhimit të nxehtësisë në lazer, çipa, kolete, izolues elektrikë, unaza shtrënguese në pajisjet e përpunimit gjysmëpërçues dhe paketimin e pajisjeve me mikrovalë.
Aplikacione të tjera
Për shkak të shpenzimeve të AlN, aplikimet e tij historikisht kanë qenë të kufizuara në fushën e aeronautikës ushtarake dhe transportit. Megjithatë, materiali është studiuar dhe përdorur gjerësisht në fusha të ndryshme. Karakteristikat e tij të favorshme e bëjnë atë të përshtatshëm për një sërë aplikimesh të rëndësishme industriale.
Aplikimet industriale të AlN përfshijnë përbërje zjarrduruese për trajtimin e metaleve të shkrirë agresive dhe sisteme efikase të shkëmbimit të nxehtësisë.
Ky material përdoret për të ndërtuar kapakë për rritjen e kristaleve të arsenidit të galiumit dhe përdoret gjithashtu në prodhimin e çelikut dhe gjysmëpërçuesve.
Përdorime të tjera të propozuara për nitridin e aluminit përfshijnë si sensor kimik për gazrat toksikë. Përdorimi i nanotubave AIN për të prodhuar nanotuba pothuajse një-dimensionale për përdorim në këto pajisje ka qenë objekt studimi. Në dy dekadat e fundit, janë hetuar edhe diodat që lëshojnë dritë që funksionojnë në spektrin ultravjollcë. Aplikimi i AIN me film të hollë në sensorët e valëve akustike sipërfaqësore është vlerësuar.
