氮化鋁 (AlN) 於 1877 年首次合成，但其在微電子領域的潛在應用直到 80 年代中期才刺激開發出具有商業可行性的高質量材料。

AIN 是一種硝酸鋁形式。氮化鋁與硝酸鋁的區別在於它是一種特定氧化態為-3的氮化合物，而硝酸鹽是指硝酸的任何酯或鹽。這種材料的晶體結構是六方纖鋅礦。

AIN 的合成

AlN 是通過氧化鋁的碳熱還原或鋁的直接氮化生產的。它的密度為 3.33 g/cm3，儘管沒有熔化，但在高於 2500 °C 的溫度和大氣壓力下會分解。在沒有液體成型添加劑的幫助下，該材料以共價鍵結合併具有抗燒結性。通常，Y2O3 或 CaO 等氧化物允許在 1600 到 1900 攝氏度之間的溫度下燒結。

由氮化鋁製成的零件可以通過多種方法製造，包括冷等靜壓、陶瓷注射成型、低壓注射成型、流延成型、精密加工和乾壓。

主要特徵

AlN 不受大多數熔融金屬的影響，包括鋁、鋰和銅。它不受大多數熔鹽的影響，包括氯化物和冰晶石。

氮化鋁具有高導熱率（170 W/mk、200 W/mk 和 230 W/mk）以及高體積電阻率和介電強度。

當暴露於水或濕氣時，它很容易以粉末形式水解。此外，酸和鹼會腐蝕氮化鋁。

這種材料是電的絕緣體。摻雜增強了材料的導電性。 AIN 顯示出壓電特性。

應用

微電子

AlN最顯著的特點是導熱性高，在陶瓷材料中僅次於鈹。在低於 200 攝氏度的溫度下，其熱導率超過銅。這種高導電率、體積電阻率和介電強度的組合使其能夠用作高功率或高密度微電子元件組件的基板和封裝。需要散發由歐姆損耗產生的熱量並將組件保持在其工作溫度範圍內，這是決定電子組件封裝密度的限制因素之一。 AlN 基板比傳統基板和其他陶瓷基板提供更有效的冷卻，這就是它們被用作芯片載體和散熱器的原因。

氮化鋁在移動通信設備的射頻濾波器中有廣泛的商業應用。一層氮化鋁位於兩層金屬之間。商業領域的常見應用包括激光器、小芯片、夾頭、電絕緣體、半導體加工設備中的夾環和微波設備封裝中的電絕緣和熱管理組件。

其他應用

由於 AlN 的價格昂貴，其應用歷來僅限於軍事航空和交通領域。然而，該材料已被廣泛研究並用於各種領域。其優越的性能使其適用於許多重要的工業應用。

AlN 的工業應用包括用於處理腐蝕性熔融金屬的耐火複合材料和高效的熱交換系統。

這種材料用於構建用於生長砷化鎵晶體的坩堝，也用於生產鋼鐵和半導體。

氮化鋁的其他擬議用途包括作為有毒氣體的化學傳感器。利用 AIN 納米管生產用於這些設備的準一維納米管一直是研究的主題。在過去的二十年中，還研究了在紫外光譜中工作的發光二極管。已經評估了薄膜 AIN 在表面聲波傳感器中的應用。