Ang Aluminum Nitride (AlN) ay unang na-synthesize noong 1877, ngunit ang potensyal na aplikasyon nito sa microelectronics ay hindi nag-udyok sa pagbuo ng mataas na kalidad, komersyal na mabubuhay na materyal hanggang sa kalagitnaan ng 1980s.
Ang AIN ay isang aluminum nitrate form. Ang aluminyo nitride ay naiiba sa aluminum nitrate dahil ito ay isang nitrogen compound na may partikular na estado ng oksihenasyon na -3, habang ang nitrate ay tumutukoy sa anumang ester o asin ng nitric acid. Ang kristal na istraktura ng materyal na ito ay hexagonal wurtzite.
Synthesis ng AIN
Ang AlN ay ginawa sa pamamagitan ng alinman sa carbothermal reduction ng alumina o ang direktang nitridation ng aluminum. Ito ay may densidad na 3.33 g/cm3 at, sa kabila ng hindi natutunaw, naghihiwalay sa mga temperaturang higit sa 2500 °C at atmospheric pressure. Nang walang tulong ng mga additives na bumubuo ng likido, ang materyal ay covalently bonded at lumalaban sa sintering. Kadalasan, pinahihintulutan ng mga oxide gaya ng Y2O3 o CaO ang sintering sa mga temperatura sa pagitan ng 1600 at 1900 degrees Celsius.
Ang mga bahaging gawa sa aluminum nitride ay maaaring gawin sa pamamagitan ng iba't ibang paraan, kabilang ang malamig na isostatic pressing, ceramic injection molding, low-pressure injection molding, tape casting, precision machining, at dry pressing.
Pangunahing tampok
Ang AlN ay hindi tinatablan ng karamihan sa mga nilusaw na metal, kabilang ang aluminyo, lithium, at tanso. Ito ay hindi tinatablan ng karamihan ng mga tinunaw na asing-gamot, kabilang ang mga chlorides at cryolite.
Ang aluminyo nitride ay nagtataglay ng mataas na thermal conductivity (170 W/mk, 200 W/mk, at 230 W/mk) pati na rin ang mataas na volume na resistivity at dielectric na lakas.
Ito ay madaling kapitan sa hydrolysis sa anyo ng pulbos kapag nakalantad sa tubig o kahalumigmigan. Bukod pa rito, inaatake ng mga acid at alkali ang aluminum nitride.
Ang materyal na ito ay isang insulator para sa kuryente. Pinahuhusay ng doping ang electrical conductivity ng isang materyal. Ang AIN ay nagpapakita ng mga katangian ng piezoelectric.
Mga aplikasyon
Microelectronics
Ang pinaka-kapansin-pansing katangian ng AlN ay ang mataas na thermal conductivity nito, na pangalawa lamang sa beryllium sa mga ceramic na materyales. Sa temperaturang mas mababa sa 200 degrees Celsius, ang thermal conductivity nito ay higit sa tanso. Ang kumbinasyong ito ng mataas na conductivity, resistivity ng volume, at dielectric na lakas ay nagbibigay-daan sa paggamit nito bilang mga substrate at packaging para sa high-power o high-density microelectronic component assemblies. Ang pangangailangan na mawala ang init na nabuo ng mga pagkawala ng ohmic at mapanatili ang mga bahagi sa loob ng saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo nito ay isa sa mga naglilimita sa mga kadahilanan na tumutukoy sa density ng pag-iimpake ng mga elektronikong sangkap. Ang mga substrate ng AlN ay nagbibigay ng mas epektibong paglamig kaysa sa kumbensiyonal at iba pang mga ceramic na substrate, kaya naman ginagamit ang mga ito bilang mga carrier ng chip at heat sink.
Ang aluminyo nitride ay nakakahanap ng malawakang komersyal na aplikasyon sa mga filter ng RF para sa mga aparatong pang-mobile na komunikasyon. Ang isang layer ng aluminum nitride ay matatagpuan sa pagitan ng dalawang layer ng metal. Kabilang sa mga karaniwang aplikasyon sa komersyal na sektor ang electrical insulation at heat management component sa mga laser, chiplet, collet, electrical insulators, clamp ring sa semiconductor processing equipment, at microwave device packaging.
Iba pang Aplikasyon
Dahil sa gastos ng AlN, ang mga aplikasyon nito ay dating limitado sa aeronautics ng militar at mga larangan ng transportasyon. Gayunpaman, ang materyal ay malawakang pinag-aralan at ginamit sa iba't ibang larangan. Ang mga kapaki-pakinabang na katangian nito ay ginagawa itong angkop para sa isang bilang ng mahahalagang aplikasyon sa industriya.
Kasama sa mga pang-industriyang aplikasyon ng AlN ang mga refractory composites para sa paghawak ng mga agresibong tinunaw na metal at mahusay na mga sistema ng pagpapalitan ng init.
Ang materyal na ito ay ginagamit upang bumuo ng mga crucibles para sa paglago ng gallium arsenide crystals at ginagamit din sa produksyon ng bakal at semiconductors.
Ang iba pang iminungkahing gamit para sa aluminum nitride ay kasama bilang isang chemical sensor para sa mga nakakalason na gas. Ang paggamit ng AIN nanotubes upang makagawa ng quasi-one-dimensional na nanotubes para gamitin sa mga device na ito ay naging paksa ng pananaliksik. Sa nakalipas na dalawang dekada, ang mga light-emitting diode na gumagana sa ultraviolet spectrum ay sinisiyasat din. Ang aplikasyon ng thin-film AIN sa mga surface acoustic wave sensor ay nasuri.
