อะลูมิเนียมไนไตรด์ หนึ่งในวัสดุเซรามิกที่มีแนวโน้มดีที่สุด

2022-10-25

เนื่องจากวงจรรวมได้กลายเป็นอุตสาหกรรมเชิงกลยุทธ์ของประเทศ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์จำนวนมากจึงได้รับการวิจัยและพัฒนา และอะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นหนึ่งในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย

ลักษณะการทำงานของอะลูมิเนียมไนไตรด์

อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) มีลักษณะเฉพาะที่มีความแข็งแรงสูง, ความต้านทานต่อปริมาตรสูง, แรงดันไฟฟ้าของฉนวนสูง, ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน, เข้ากันได้ดีกับซิลิกอน ฯลฯ ไม่เพียงแต่ใช้เป็นตัวช่วยเผาผนึกหรือเฟสเสริมแรงสำหรับเซรามิกโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังใช้ ในด้านวัสดุพื้นผิวอิเล็กทรอนิกส์เซรามิกและวัสดุบรรจุภัณฑ์ซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และประสิทธิภาพการทำงานนั้นเหนือกว่าอลูมินามาก เซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์มีประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์และวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีโครงสร้าง และมีศักยภาพในการใช้งานที่สำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

การประยุกต์ใช้อะลูมิเนียมไนไตรด์

1. แอปพลิเคชันอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก

อะลูมิเนียมไนไตรด์มีความต้านทานสูง การนำความร้อนสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำคล้ายกับซิลิกอน ซึ่งเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุณหภูมิสูงและกำลังไฟสูง

2. วัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

Beryllium Oxide, Alumina, Silicon Nitride และ Aluminium Nitride เป็นวัสดุทั่วไปบางส่วนที่ใช้สำหรับพื้นผิวเซรามิก

ในบรรดาวัสดุเซรามิกที่มีอยู่ที่สามารถใช้เป็นวัสดุตั้งต้นได้ เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงดัดโค้งได้สูงสุด ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี และมีคุณสมบัติเชิงกลที่ครอบคลุมมากที่สุดในวัสดุเซรามิก ขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนจะน้อยที่สุด เซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์มีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี และยังคงมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่อุณหภูมิสูง อาจกล่าวได้ว่า จากมุมมองของประสิทธิภาพ ปัจจุบัน อะลูมิเนียมไนไตรด์และซิลิคอนไนไตรด์เหมาะสมที่สุดสำหรับใช้เป็นวัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็มีปัญหาทั่วไปเช่นกัน: ราคาสูง

3. การประยุกต์ใช้กับวัสดุเปล่งแสง

ในแง่ของประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริก อะลูมิเนียมไนไตรด์ (AlN) มีความกว้างสูงสุดของแถบสารกึ่งตัวนำแบนด์แกปโดยตรงที่ 6.2 eV ซึ่งสูงกว่าสารกึ่งตัวนำแบนด์แกปทางอ้อม AlN เป็นวัสดุเปล่งแสงสีน้ำเงินและอัลตราไวโอเลตที่สำคัญ ใช้ในไดโอดเปล่งแสงอัลตราไวโอเลตและอัลตราไวโอเลตลึก เลเซอร์ไดโอดอัลตราไวโอเลต เครื่องตรวจจับรังสีอัลตราไวโอเลต ฯลฯ ไนไตรด์กลุ่ม AlN และ III เช่น GaN และ InN ยังสามารถก่อตัวเป็นของแข็งต่อเนื่องได้ โซลูชันและช่องว่างแถบของโลหะผสม ternary หรือ quaternary สามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่แถบที่มองเห็นไปจนถึงแถบรังสีอัลตราไวโอเลตลึก ทำให้เป็นวัสดุเปล่งแสงประสิทธิภาพสูงที่สำคัญ

4. การประยุกต์ใช้กับวัสดุพื้นผิว

คริสตัล AlN เป็นสารตั้งต้นในอุดมคติสำหรับวัสดุ epitaxial GaN, AlGaN และ AlN เมื่อเทียบกับซับสเตรตแซฟไฟร์หรือ SiC แล้ว AlN และ GaN มีการจับคู่ความร้อนและความเข้ากันได้ทางเคมีที่ดีกว่า และความเครียดระหว่างซับสเตรตและชั้นอีพิแทกเซียลจะน้อยกว่า ดังนั้น ผลึก AlN ในฐานะซับสเตรต GaN epitaxial สามารถลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในอุปกรณ์ได้อย่างมาก และปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน ซึ่งมีแนวโน้มที่ดีในการใช้งานในการเตรียมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุณหภูมิสูง ความถี่สูง และกำลังสูง นอกจากนี้ การใช้ผลึก AlN เป็นสารตั้งต้นวัสดุ epitaxial AlGaN ที่มีส่วนประกอบอะลูมิเนียม (Al) สูง ยังสามารถลดความหนาแน่นของข้อบกพร่องในชั้น epitaxial ของไนไตรด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ไนไตรด์ได้อย่างมาก จาก AlGaN เครื่องตรวจจับคนตาบอดกลางวันคุณภาพสูงได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จ

5. การประยุกต์ใช้กับเซรามิกส์และวัสดุทนไฟ

อะลูมิเนียมไนไตรด์สามารถใช้ในการเผาเซรามิกที่มีโครงสร้าง เซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ที่เตรียมขึ้นไม่เพียงแต่มีสมบัติเชิงกลและความแข็งแรงดัดได้ดีกว่าเซรามิก Al2O3 และ BeO เท่านั้น แต่ยังมีความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าด้วย เซรามิก AlN ทนความร้อนและการกัดกร่อนสามารถใช้ทำถ้วยใส่ตัวอย่าง จานอัลระเหย และ ชิ้นส่วนที่ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงอื่นๆ นอกจากนี้ เซรามิก AlN บริสุทธิ์สำหรับผลึกโปร่งใสไม่มีสีที่มีคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม สามารถใช้เป็นเซรามิกโปร่งใสสำหรับอุปกรณ์ออปติคัลอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์สำหรับหน้าต่างอินฟราเรดอุณหภูมิสูงและการเคลือบทนความร้อนของวงจรเรียงกระแส

undefined