Алуминијум нитрид (АлН) је први пут синтетизован 1877. године, али његова потенцијална примена у микроелектроници није подстакла развој висококвалитетног, комерцијално одрживог материјала све до средине 1980-их.
АИН је облик алуминијум нитрата. Алуминијум нитрид се разликује од алуминијум нитрата по томе што је једињење азота са специфичним оксидационим стањем од -3, док се нитрат односи на било који естар или со азотне киселине. Кристална структура овог материјала је хексагонални вурцит.
Синтеза АИН-а
АлН се производи било карботермалном редукцијом глинице или директном нитридацијом алуминијума. Има густину од 3,33 г/цм3 и, упркос томе што се не топи, дисоцира на температурама изнад 2500 °Ц и атмосферском притиску. Без помоћи адитива за формирање течности, материјал је ковалентно везан и отпоран на синтеровање. Типично, оксиди као што су И2О3 или ЦаО дозвољавају синтеровање на температурама између 1600 и 1900 степени Целзијуса.
Делови направљени од алуминијум нитрида могу се производити различитим методама, укључујући хладно изостатичко пресовање, бризгање керамике, бризгање под ниским притиском, ливење траке, прецизну машинску обраду и суво пресовање.
Кључне карактеристике
АлН је непропустан за већину растопљених метала, укључујући алуминијум, литијум и бакар. Непропустљив је за већину растопљених соли, укључујући хлориде и криолит.
Алуминијум нитрид поседује високу топлотну проводљивост (170 В/мк, 200 В/мк и 230 В/мк), као и високу запреминску отпорност и диелектричну чврстоћу.
Подложан је хидролизи у облику праха када је изложен води или влази. Поред тога, киселине и алкалије нападају алуминијум нитрид.
Овај материјал је изолатор за електричну енергију. Допинг побољшава електричну проводљивост материјала. АИН приказује пиезоелектрична својства.
Апликације
микроелектроника
Најистакнутија карактеристика АлН је његова висока топлотна проводљивост, која је на другом месту након берилијума међу керамичким материјалима. На температурама испод 200 степени Целзијуса, његова топлотна проводљивост надмашује бакар. Ова комбинација високе проводљивости, запреминске отпорности и диелектричне чврстоће омогућава њену употребу као супстрата и паковања за склопове микроелектронских компоненти велике снаге или велике густине. Потреба да се одведе топлота генерисана омским губицима и да се компоненте одрже у опсегу њихових радних температура један је од ограничавајућих фактора који одређују густину паковања електронских компоненти. АлН подлоге обезбеђују ефикасније хлађење од конвенционалних и других керамичких подлога, због чега се користе као носачи чипова и хладњаци.
Алуминијум нитрид налази широку комерцијалну примену у РФ филтерима за мобилне комуникационе уређаје. Између два слоја метала налази се слој алуминијум нитрида. Уобичајене примене у комерцијалном сектору укључују електричну изолацију и компоненте за управљање топлотом у ласерима, чиплетима, стезаљкама, електричним изолаторима, стезним прстеновима у опреми за обраду полупроводника и паковању микроталасних уређаја.
Друге апликације
Због трошкова АлН-а, његове примене су историјски ограничене на војну аеронаутику и транспорт. Међутим, материјал је опсежно проучаван и коришћен у разним областима. Његове предности чине га погодним за бројне важне индустријске примене.
АлН-ове индустријске примене укључују ватросталне композите за руковање агресивним растопљеним металима и ефикасне системе размене топлоте.
Овај материјал се користи за израду лончића за раст кристала галијум арсенида, а такође се користи у производњи челика и полупроводника.
Друге предложене употребе за алуминијум нитрид укључују као хемијски сензор за токсичне гасове. Коришћење АИН наноцеви за производњу квази-једнодимензионалних наноцеви за употребу у овим уређајима било је предмет истраживања. У протекле две деценије истраживане су и светлеће диоде које раде у ултраљубичастом спектру. Примена танкослојног АИН-а у сензорима површинских акустичних таласа је процењена.
