Alüminyum Nitrür (AlN) ilk olarak 1877'de sentezlendi, ancak mikroelektronikteki potansiyel uygulaması, 1980'lerin ortalarına kadar yüksek kaliteli, ticari olarak uygun malzemelerin gelişimini teşvik etmedi.
AIN bir alüminyum nitrat formudur. Alüminyum nitrür, alüminyum nitrattan, belirli bir oksidasyon durumu -3 olan bir nitrojen bileşiği olması bakımından farklılık gösterirken, nitrat, herhangi bir ester veya nitrik asit tuzunu ifade eder. Bu malzemenin kristal yapısı altıgen wurtzite'dir.
AIN sentezi
AlN, ya alüminanın karbotermal indirgenmesiyle ya da alüminyumun doğrudan nitridlenmesiyle üretilir. 3,33 g/cm3 yoğunluğa sahiptir ve erimemesine rağmen 2500 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ve atmosferik basınçta ayrışır. Sıvı oluşturan katkı maddelerinin yardımı olmadan, malzeme kovalent olarak bağlanır ve sinterlemeye karşı dirençlidir. Tipik olarak, Y2O3 veya CaO gibi oksitler, 1600 ila 1900 santigrat derece arasındaki sıcaklıklarda sinterlemeye izin verir.
Alüminyum nitrürden yapılan parçalar, soğuk izostatik presleme, seramik enjeksiyon kalıplama, düşük basınçlı enjeksiyon kalıplama, şerit döküm, hassas işleme ve kuru presleme gibi çeşitli yöntemlerle üretilebilir.
Ana Özellikler
AlN, alüminyum, lityum ve bakır dahil olmak üzere çoğu erimiş metale karşı geçirimsizdir. Klorürler ve kriyolit dahil erimiş tuzların çoğuna karşı geçirimsizdir.
Alüminyum nitrit, yüksek termal iletkenliğe (170 W/mk, 200 W/mk ve 230 W/mk) ve ayrıca yüksek hacim direncine ve dielektrik dayanımına sahiptir.
Suya veya neme maruz kaldığında toz halinde hidrolize duyarlıdır. Ek olarak, asitler ve alkaliler alüminyum nitrüre saldırır.
Bu malzeme elektrik için bir yalıtkandır. Doping, bir malzemenin elektriksel iletkenliğini artırır. AIN, piezoelektrik özellikleri gösterir.
Uygulamalar
Mikroelektronik
AlN'nin en dikkat çekici özelliği, seramik malzemeler arasında yalnızca berilyumdan sonra ikinci olan yüksek termal iletkenliğidir. 200 santigrat derecenin altındaki sıcaklıklarda, termal iletkenliği bakırınkini aşar. Yüksek iletkenlik, hacim özdirenci ve dielektrik kuvvetinin bu kombinasyonu, yüksek güçlü veya yüksek yoğunluklu mikroelektronik bileşen düzenekleri için substrat ve ambalaj olarak kullanılmasını sağlar. Ohmik kayıpların ürettiği ısıyı dağıtma ve bileşenleri çalışma sıcaklık aralığında tutma ihtiyacı, elektronik bileşenlerin paketlenme yoğunluğunu belirleyen sınırlayıcı faktörlerden biridir. AlN alt tabakalar, geleneksel ve diğer seramik alt tabakalardan daha etkili soğutma sağlar, bu nedenle talaş taşıyıcı ve ısı emici olarak kullanılırlar.
Alüminyum nitrür, mobil iletişim cihazları için RF filtrelerinde yaygın ticari uygulama bulur. İki metal tabakası arasında bir alüminyum nitrür tabakası bulunur. Ticari sektördeki yaygın uygulamalar arasında lazerlerdeki elektrik yalıtımı ve ısı yönetimi bileşenleri, yongalar, pensler, elektrik yalıtkanları, yarı iletken işleme ekipmanındaki kelepçe halkaları ve mikrodalga cihaz paketleme yer alır.
Diğer uygulamalar
AlN'nin maliyeti nedeniyle, uygulamaları tarihsel olarak askeri havacılık ve ulaşım alanlarıyla sınırlı kalmıştır. Bununla birlikte, malzeme kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve çeşitli alanlarda kullanılmıştır. Avantajlı özellikleri onu bir dizi önemli endüstriyel uygulama için uygun hale getirir.
AlN'nin endüstriyel uygulamaları, agresif erimiş metalleri ve verimli ısı değişim sistemlerini işlemek için refrakter kompozitleri içerir.
Bu malzeme, galyum arsenit kristallerinin büyümesi için pota yapımında kullanılır ve ayrıca çelik ve yarı iletken üretiminde de kullanılır.
Alüminyum nitrür için önerilen diğer kullanımlar, zehirli gazlar için kimyasal bir sensör olarak içerir. Bu cihazlarda kullanılmak üzere yarı-tek boyutlu nanotüpler üretmek için AIN nanotüplerinin kullanılması araştırma konusu olmuştur. Son yirmi yılda, ultraviyole spektrumunda çalışan ışık yayan diyotlar da araştırılmıştır. Yüzey akustik dalga sensörlerinde ince film AIN uygulaması değerlendirilmiştir.
