Aluminium Nitride – Industriële toepassingen en eigenschappen van AlN door Precision Ceramics

Precision Ceramics, een divisie van McGeoch Technology, is een bedrijf dat zich toelegt op de engineering van technische keramiek. Van inkoop en levering tot technisch ontwerp en specialistische bewerking, bieden wij een complete service.

Onze reputatie voor kwaliteit en service is werkelijk internationaal met gespecialiseerde keramische componenten ontworpen door Precision Ceramics die hun weg vinden naar een steeds breder wordende reeks van wereldwijde toepassingen in uiteenlopende industrieën als lucht-en ruimtevaart, opto-elektronica en kernenergie.

Wat is aluminium nitride (AlN)

Aluminium nitride (AlN) is een interessant materiaal en is een van de beste materialen om te gebruiken als een hoge thermische geleidbaarheid is vereist. In combinatie met zijn uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen is aluminiumnitride een ideaal koellichaammateriaal voor vele elektrische en elektronische toepassingen.

Eigenschappen van aluminiumnitride

Aluminiumnitride is een (meestal) covalent gebonden materiaal, en heeft een hexagonale kristalstructuur die isomorf is met een van de polytypen van zinksulfide bekend als wurtziet. De ruimtegroep voor deze structuur is P63mc.

Het materiaal is stabiel bij zeer hoge temperaturen in inerte atmosferen. In lucht treedt boven 700 °C oppervlakteoxidatie op, en zelfs bij kamertemperatuur zijn oppervlakkige oxidelagen van 5-10 nm waargenomen. Deze oxidelaag beschermt het materiaal tot 1370 °C. Boven deze temperatuur treedt bulkoxidatie op. Aluminiumnitride is stabiel in waterstof- en kooldioxideatmosferen tot 980 °C.

Het materiaal lost langzaam op in minerale zuren door aantasting van de korrelgrenzen, en in sterke alkaliën door aantasting van de aluminiumnitridekorrels. Het materiaal hydrolyseert langzaam in water. Aluminiumnitride is bestand tegen aantasting door de meeste gesmolten zouten, met inbegrip van chloriden en cryoliet.

Aluminiumnitride wordt gesynthetiseerd door carbothermische reductie van aluminiumoxide of door directe nitridering van aluminium. Het gebruik van sinterhulpmiddelen en warm persen is vereist om een dicht technisch kwaliteitsmateriaal te produceren.

Toepassingen van aluminiumnitride

Metallisatiemethoden zijn beschikbaar om aluminiumnitride te kunnen gebruiken in elektronicatoepassingen die vergelijkbaar zijn met die van aluminiumoxide en berylliumoxide.

Er wordt momenteel veel onderzoek verricht naar de ontwikkeling van lichtgevende diodes die in het ultraviolet kunnen werken met halfgeleiders op basis van galliumnitride, en met de legering aluminium-galiumnitride zijn golflengten tot 250 nm gerapporteerd. In mei 2006 werd een inefficiënte emissie van LED’s bij 210 nm gerapporteerd. De bandkloof van éénkristal AlN is gemeten (met behulp van vacuüm UV-reflectie) op 6,2 eV. Hiermee kan in principe een golflengte van ongeveer 200 nm worden bereikt. Er moeten echter nog vele moeilijkheden worden overwonnen, willen dergelijke emitters een commerciële realiteit worden.

Industrieel gebruik van aluminiumnitride

Tot de toepassingen van aluminiumnitride behoren

• opto-elektronica,
• diëlektrische lagen in optische opslagmedia,
• elektronische substraten, chipdragers waarbij een hoog warmtegeleidingsvermogen essentieel is,
• militaire toepassingen.

Epitaxiaal gegroeid kristallijn aluminiumnitride wordt ook gebruikt voor oppervlakte-akoestische golfsensoren (SAW’s) die op siliciumwafers worden afgezet vanwege de piëzo-elektrische eigenschappen van aluminiumnitride. Slechts zeer weinig plaatsen kunnen deze dunne films op betrouwbare wijze vervaardigen. Na meer dan tien jaar onderzoek beschikt Agilent nu over een RF-filter dat in mobiele telefoons wordt gebruikt, de FBAR. Deze technologie wordt nauw geassocieerd met ingenieurs die op MEMS-gebied werken.

Deze informatie is afkomstig van, beoordeeld door en aangepast aan materialen die door Precision Ceramics zijn verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht bij Precision Ceramics.

Citaties