Aluminiumnitrid – industriella tillämpningar och egenskaper hos AlN av Precision Ceramics

Precision Ceramics, en division av McGeoch Technology, är ett företag som ägnar sig åt teknik av teknisk keramik. Från upphandling och leverans till teknisk utformning och specialiserad bearbetning erbjuder vi en komplett tjänst.

Vårt rykte för kvalitet och service är verkligen internationellt och specialiserade keramiska komponenter som konstruerats av Precision Ceramics hittar sin väg in i ett allt bredare spektrum av världsomspännande tillämpningar i så skilda branscher som flyg- och rymdindustrin, optoelektronik och kärnkraft.

Vad är aluminiumnitrid (AlN)

Aluminnitrid (AlN) är ett intressant material och är ett av de bästa materialen att använda om hög värmeledningsförmåga krävs. I kombination med dess utmärkta elektriska isoleringsegenskaper är aluminiumnitrid ett idealiskt värmesänksmaterial för många elektriska och elektroniska tillämpningar.

Aluminiumnitridens egenskaper

Aluminiumnitrid är ett (mestadels) kovalent bundet material och har en hexagonal kristallstruktur som är isomorf med en av polytyperna av zinksulfid som kallas wurtzit. Rymdgruppen för denna struktur är P63mc.

Materialet är stabilt vid mycket höga temperaturer i inerta atmosfärer. I luft sker ytoxidation över 700 °C, och även vid rumstemperatur har ytoxidskikt på 5-10 nm påvisats. Detta oxidskikt skyddar materialet upp till 1370 °C. Över denna temperatur sker massoxidation. Aluminiumnitrid är stabil i väte- och koldioxidatmosfärer upp till 980 °C.

Materialet löser sig långsamt i mineralsyror genom angrepp på korngränserna och i starka alkalier genom angrepp på aluminiumnitridkornen. Materialet hydrolyseras långsamt i vatten. Aluminiumnitrid är motståndskraftig mot angrepp från de flesta smälta salter, inklusive klorider och kryolit.

Aluminiumnitrid syntetiseras genom karbothermisk reduktion av aluminiumoxid eller genom direkt nitrering av aluminium. Användning av sintringshjälpmedel och varmpressning krävs för att producera ett tätt material av teknisk kvalitet.

Användningsområden för aluminiumnitrid

Metalliseringsmetoder finns tillgängliga för att göra det möjligt att använda aluminiumnitrid i elektroniktillämpningar som liknar dem för aluminiumoxid och berylliumoxid.

För närvarande pågår mycket forskning för att utveckla ljusemitterande dioder som kan arbeta i ultraviolett med hjälp av galliumnitridbaserade halvledare, och med hjälp av legeringen aluminiumgalliumnitrid har så korta våglängder som 250 nm rapporterats. I maj 2006 rapporterades ett ineffektivt lysdiodutsläpp vid 210 nm. Bandgapet hos enkristallen AlN har uppmätts (med hjälp av UV-reflektion i vakuum) till 6,2 eV. Detta gör det i princip möjligt att uppnå en våglängd på cirka 200 nm. Det finns dock många svårigheter som måste övervinnas om sådana emittenter ska bli en kommersiell verklighet.

Industriell användning av aluminiumnitrid

Av aluminiumnitrid används bland annat för

• optoelektronik,
• dielektriska skikt i optiska lagringsmedier,
• elektroniska substrat, chipbärare där hög värmeledningsförmåga är nödvändig,
• militära applikationer.

Epitaxiellt odlad kristallin aluminiumnitrid används också för sensorer för akustiska ytvågor (SAW) som deponerats på kiselskivor på grund av aluminiumnitridens piezoelektriska egenskaper. Det är mycket få ställen som på ett tillförlitligt sätt kan tillverka dessa tunna filmer. Agilent har efter mer än tio års forskning nu ett RF-filter som används i mobiltelefoner och som kallas FBAR. Denna teknik är nära förknippad med ingenjörer som arbetar inom MEMS-området.

Denna information har hämtats, granskats och anpassats från material som tillhandahållits av Precision Ceramics.

För mer information om denna källa, besök Precision Ceramics.

Citat

.