ალუმინის ნიტრიდი და ალუმინის ნიტრიდი

ალუმინის ნიტრიდი (AlN) თერმული გამოყენებისთვის იდეალური მასალაა. მაღალი თბოგამტარობის, იზოლაციის თვისებებისა და თბური გაფართოების დაბალი კოეფიციენტის წყალობით, AlN მიმზიდველი მასალაა, რომელიც ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში ბერილის ოქსიდის უსაფრთხო ალტერნატივას წარმოადგენს და ადვილად დასამუშავებელია.

AlN-ის დამუშავება შესაძლებელია მისი მწვანე, ბისკვიტისებრი ან სრულად სინტერებული მდგომარეობაში. თუმცა, სრულად სინტერულ მასალას მკაცრი დაშვებების დასაცავად დამატებითი დრო და ოსტატობა სჭირდება.

მაღალი თბოგამტარობა

ალუმინის ნიტრიდის შესანიშნავი თბოგამტარობა მას ელექტრონულ მოწყობილობებში სითბოს გაფრქვევისთვის საუკეთესო მასალად აქცევს. თანამედროვე ელექტრონიკა დიდ რაოდენობით სითბოს გამოიმუშავებს, რომელიც სწრაფად უნდა გაფრქვეულ იქნას; ალუმინის ნიტრიდის იზოლაციის თვისებები ხელს უწყობს გადახურების თავიდან აცილებას, რაც დროთა განმავლობაში ზრდის საიმედოობას და ახანგრძლივებს კომპონენტების ექსპლუატაციის ვადას.

AlN-ის სიმკვრივეა 3.26 გ/სმ³, ხოლო თბოგამტარობა — 170 ვტ/(მ-კ), რაც ალუმინის ოქსიდზე ხუთჯერ მეტია და თბოგამტარობით ბერილის ოქსიდს უახლოვდება. თუმცა, სამწუხაროდ, სინტერირების პროცესში საწყის ფხვნილებში არსებული ჟანგბადის უმწიკვოების გამო AlN-ის თბოგამტარობის შემცირებაა შესაძლებელი.

თერმული გამტარობის გასაუმჯობესებლად, ფხვნილი ირევა სინტერირების ხელშემწყობ საშუალებებთან, როგორიცაა CaO და Y2O3. შემდეგ ნაწილაკები მაღალი წარმადობის საფქვავის გამოყენებით იფქვება ულტრაწვრილ ზომამდე, რაც უფრო მჭიდროდ დაპრესილი კერამიკული სტრუქტურების შექმნის საშუალებას იძლევა. ამგვარად მიიღება მკვრივი კერამიკული სტრუქტურები, რომლებსაც შესანიშნავი თბოიზოლაციის თვისებები გააჩნია.

ალუმინის ნიტრიდის უმაღლესი თერმული და ელექტრული იზოლაცია მას შესანიშნავ მასალად აქცევს MEMS-აპლიკაციებისთვის, მათ შორის მაღალი სიხშირის ფილტრებისთვის, ენერგიის მომპოვებლებისა და ულტრაბგერითი გადამცემებისთვის. გარდა ამისა, მისი ფართო გამტარობის ზოლი, შევსებითი მეტალოქსიდური ნახევარგამტარების (CMOS) ტექნოლოგიასთან თავსებადობა და უმაღლესი პიეზოელექტრული თვისებები ამ მასალას შესაფერისს ხდის მრავალი MEMS მოწყობილობისთვის, როგორიცაა მაღალი სიხშირის ფილტრები, ენერგიის მომპოვებლები და ულტრაბგერითი გადამცემები. ამასთან, მისი მექანიკური თვისებები მას მარტივად ფორმირების საშუალებას აძლევს.

მაღალი ელექტრული იზოლაცია

ალუმინის ნიტრიდი არატოქსიკური კერამიკული მასალაა, რომელიც გამოირჩევა შესანიშნავი თბოგამტარობით, ელექტრულ იზოლაციასა და დაბალი გაფართოების თვისებებით – იდეალურია დიდი მასშტაბის ინტეგრირებული სქემების სითბოს გამფრქვევი სუბსტრატებისა და შეფუთვისთვის. გარდა ამისა, ეს არატოქსიკური მასალა მდგრადია პლაზმური ეროზიისა და ქიმიური კოროზიის მიმართ და ადვილად ექვემდებარება მეტალურ დაფარვას, შენდობას ან ადგილზე შედუღებას – ამასთან, მისი Al-N ბმულები უზრუნველყოფს გამორჩეულ მდგრადობას კოროზიის, ჟანგვისა და დაღლილობის მიმართ.

კერამიკას ალუმინის ოქსიდისა და ბერილის ოქსიდის ანალოგებთან შედარებით უფრო მაღალი თბოგამტარობა და სიმკვრივე აქვს, ხოლო მაღალტემპერატურული გამოყენებისთვის ალუმინის ოქსიდზე დაბალი გაფართოების კოეფიციენტი და მეტალების უმეტესობაზე უკეთესი პლაზმური ეროზიისადმი მდგრადობა ახასიათებს.

ალუმინის ნიტრიდი გამოირჩევა, როგორც მიმზიდველი ვარიანტი ელექტრონულ გამოყენებებში მისი დაბალი თერმული გაფართოებისა და შესანიშნავი ელექტრული იზოლაციის თვისებების გამო, რაც გარკვეულ შემთხვევებში ბერილისთვის ალტერნატიულ არჩევანს წარმოადგენს. მისი დაბალი სიმკვრივე და ელექტრული თვისებები ალუმინის ნიტრიდს განსაკუთრებით შესაფერის მასალად აქცევს მკაცრი დაშვებების მქონე კომპონენტებისთვის, როგორიცაა რადიოსიხშირეული კომპონენტები.

ალუმინის ნიტრიდი (AlN) მიმზიდველი მასალაა მიკროელექტრომექანიკური სისტემების (MEMS) გამოყენებისთვის, როგორიცაა მაღალი სიხშირის ფილტრები და ენერგიის გამომთიშველები, რადგან მას აქვს ფართო აკრძალული ზოლი და პიეზოელექტრული თვისებები, რომლებიც შეთავსებადია კომპლემენტარული მეტალოქსიდური ნახევარგამტარების (CMOS) ტექნოლოგიასთან. გარდა ამისა, AlN-ის დამუშავება მარტივია მისი დაბალი დნობის ტემპერატურის გამო. თუმცა, ამ მასალასთან მუშაობისას, მკაცრი ტოლერანტულობის დაცვისას, სირთულეს მისი სინტერების შემდეგ შეკუმშვის მაჩვენებლები ქმნის.

მაღალი მექანიკური სიმტკიცე

ალუმინის ნიტრიდი გამოირჩევა განსაკუთრებული მექანიკური სიმტკიცით, რაც მას ნახევარგამტარებისთვის კერამიკული სუბსტრატების შესაქმნელად შესანიშნავ მასალად აქცევს. როგორც ამჟამად გამოყენებული ერთ-ერთი ყველაზე მტკიცე კერამიკული მასალა — სილიციუმის კარბიდსა და ალუმინის ოქსიდზე მაღალი მოხრის სიმტკიცით — და თავისი შესანიშნავი თბოგამტარობის თვისებების წყალობით, ის ასევე გამოირჩევა მაღალი ელექტროიზოლაციური თვისებებით.

ალუმინის ნიტრიდის თვისებების უნიკალური კომბინაცია მას იდეალურს ხდის ენერგეტიკისა და მიკროელექტრონიკის გამოყენებისთვის და ხშირად ემსახურება ბერილის ოქსიდის ალტერნატივად ელექტრონიკაში, BeO-სთან მუშაობასთან დაკავშირებული ჯანმრთელობის რისკების გამო. გარდა ამისა, ალუმინის ნიტრიდი ალუმინის ოქსიდსა და ბერილის ოქსიდთან შედარებით ბევრად დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტით გამოირჩევა, რაც მას შესაფერისს ხდის დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობის მოთხოვნების მქონე გამოყენებებისთვის.

ძალოვანი ნახევარგამტარების ტექნოლოგიაში ბოლო დროს მიღწეულმა პროგრესმა გაზარდა ალტერნატიული მასალების საჭიროება, რომლებსაც სითბოს ეფექტურად გამოყოფა შეუძლიათ. ტრადიციული კერამიკული სუბსტრატები, მათ შორის ალუმინის ოქსიდი (Al2O3) და სილიციუმის ნიტრიდი (Si3N4), ამ კუთხით არასაკმარისად აღმოჩნდა, რის გამოც AlGalN თავისი უმაღლესი თერმული გამტარობის გამო პოტენციურ კანდიდატად წარმოჩნდა.

სამწუხაროდ, Alumina-დან AlGalN-ზე გადასვლა აზოტის ატმოსფეროში ვრცელ დამუშავებას მოითხოვს, რაც ზოგიერთი მწარმოებლისთვის ხანგრძლივ ვადებს გულისხმობს. ამ დაბრკოლების გადასალახად, ზოგიერთმა კომპანიამ შეიმუშავა დამუშავებადი AlN პროდუქტები, რომლებიც იწარმოება ბილეტების სახით, მათი დამუშავება შესაძლებელია ალმასის ინსტრუმენტების გარეშე და უფრო ხარჯეფექტურია, ვიდრე სუფთა AlN. ეს დამუშავებადი პროდუქტები ასევე შესაძლებელია რამდენიმე მომწოდებლისგან შეიძინოთ, რაც მიწოდების ვადებს კიდევ უფრო ამცირებს.

მაღალი წინააღმდეგობა ჟანგვის მიმართ

ალუმინის ნიტრიდი (AlN) არის ალუმინის მყარი ნიტრიდი, რომელსაც ახასიათებს მაღალი თბოგამტარობა და შესანიშნავი ელექტროიზოლაციური თვისებები. გარდა ამისა, AlN-ის მდგრადობა ოქსიდაციის, აბრაზიისა და კოროზიის მიმართ იცავს მას ალუმინის დნობისა და გალიუმის არსენიდის კოროზიისგან გამოწვეული დაზიანებისგან; ამასთანავე, ის არატოქსიკურია.

ატმოსფერული პლასტმასი იდეალური მასალაა მკაცრ გარემოში გამოსაყენებლად, რადგან მას შეუძლია გაუძლოს მაღალ ტემპერატურასა და ქიმიურ ცვეთას, რაც მას სრულყოფილ მასალად აქცევს ვიბრაციისა და დაძაბულობის ასატანად, ელექტრულად გამტარ და ულტრაიისფერი სხივებისადმი მდგრად მდგომარეობაში. გარდა ამისა, მას ასევე შეუძლია მაღალი ძაბვის ატანა, ხოლო მისი მექანიკური სიმტკიცე მას ვიბრაციისა და დაძაბულობისადმი წინააღმდეგობის გასაწევად შესაფერისს ხდის. ბოლოს, ელექტრული გამტარობა და ულტრაიისფერი სხივებისადმი მდგრადობა ამ პლასტმასს შესანიშნავ მასალად აქცევს.

ამ მასალის დამუშავება შესაძლებელია სტანდარტული საჭრელი ინსტრუმენტებით, რაც უზრუნველყოფს მის შესანიშნავ მექანიკურ სიმტკიცესა და დამუშავებადობას. გარდა ამისა, მისი დაბალი სიმკვრივე მას შესაფერისს ხდის მსუბუქი კომპონენტებისა და საჰაერო-კოსმოსური ქვესისტემებისთვის, ამასთანავე, ის უფრო გამძლეა, ვიდრე FR-4 ტიპის ჩვეულებრივი ალუმინის ან სპილენძით დაფარული ბეჭდური პლატები.

ვულამის ცვლადი კუთხის სპექტროსკოპული ელიპსომეტრი (ლინკოლნი, ნებრასკა, აშშ) გამოყენებულ იქნა S1 და S4 AlN/Si ნიმუშების მახასიათებლების დასადგენად სხვადასხვა ფენის სისქით, XPS ზონდის გამოყენებით, სადაც N 1s ფოტოელექტრონის პიკის მიბმული ენერგია გაზომილ იქნა 396.2 ეВ-ის ტოლი, რაც კარგ შესაბამისობაშია ექსპერიმენტულ მონაცემებთან.

ტოკიუამას Shapal Hi M Soft ალუმინის ნიტრიდის მასალა გამოირჩევა შესანიშნავი დამუშავებადობითა და მექანიკური სიმტკიცით. ის დამზადებულია უნიკალური პროცესით, რომლის დროსაც სიმყარის გასაზრდელად მასში ბორის ნიტრიდი ემატება – იდეალურია მრავალი სახის გამოყენებისთვის.