Nitridi i aluminit dhe Nitridi i aluminit

Nitridi i aluminit (AlN) është një material ideal për përdorim në aplikime termike. Me konduktivitet të lartë termik, vetitë izoluese dhe koeficient të ulët të zgjerimit termik, AlN paraqet një zgjedhje materiale tërheqëse, një alternativë të sigurt ndaj oksidit të beriljit në aplikimet e industrisë së gjysmëpërçuesve dhe të lehtë për përpunim mekanik.

AlN mund të përpunohet në gjendjen e tij të papjekur, të pjekur pjesërisht ose të sinteruar plotësisht. Megjithatë, materiali i sinteruar plotësisht kërkon kohë dhe aftësi shtesë për të përmbushur toleranca të rrepta.

Përçueshmëri termike e lartë

Përçueshmëria termike e shkëlqyer e nitridit të aluminit e bën atë një material të shkëlqyer për shpërndarjen e nxehtësisë në pajisjet elektronike. Elektronika moderne prodhon sasi të mëdha nxehtësie që duhet të shpërndahet shpejt; vetitë izoluese të nitridit të aluminit ndihmojnë që të mos ndodhë mbinxehja, duke rritur besueshmërinë me kalimin e kohës dhe duke zgjatur jetën e komponentëve.

AlN ka dendësi prej 3,26 g/cm3, si dhe një përçueshmëri termike jashtëzakonisht të lartë prej 170 W/(m·K), më shumë se pesë herë më e madhe se ajo e aluminasë dhe që i afrohet berilisë sa i përket përçueshmërisë termike. Fatkeqësisht, përçueshmëria termike e AlN mund të reduktohet nga papastërtitë e oksigjenit të pranishme në pluhurat fillestare gjatë proceseve të sinterimit.

Për të përmirësuar konduktivitetin termik, pluhuri përzihet me ndihmës për sinterim si CaO dhe Y2O3. Pastaj grimcat mihën deri në një shpërndarje madhësish grimcash ultrafine duke përdorur një mulliri me performancë të lartë, duke mundësuar struktura qeramike më të dendura. Kjo krijon struktura qeramike të dendura me veti të shkëlqyera izolimi termik.

Izolimi termik dhe elektrik i shkëlqyer i nitridit të aluminit e bëjnë atë një material të shkëlqyer për aplikimet MEMS, duke përfshirë filtret me frekuencë të lartë, mbledhësit e energjisë dhe transduktorët ultratingullorë. Për më tepër, hendeku i gjerë i bandës, përputhshmëria me teknologjinë komplementare të oksidit metalik semikonduktues (CMOS) dhe vetitë e shkëlqyera piezoelektrike e bëjnë këtë material të përshtatshëm për shumë pajisje MEMS, si filtret me frekuencë të lartë, mbledhësit e energjisë dhe transduktorët ultratingullorë. Gjithashtu, vetitë e tij mekanike e lejojnë formimin e tij me lehtësi.

Izolim i lartë elektrik

Nitridi i aluminit është një material qeramik jo-toksik me përçueshmëri të shkëlqyer termike, izolim elektrik dhe vetitë e zgjerimit të ulët – i përsosur për substratet e shpërndarjes së nxehtësisë për qarqet e integruara me shkallë të gjerë dhe aplikimet e paketimit. Për më tepër, ky material jo-toksik i reziston erozionit të plazmës dhe korrozionit kimik, dhe metalizohet, pllakëzohet, saldohet me bronz ose saldohet në vend me lehtësi – për më tepër, lidhjet e tij Al-N ofrojnë rezistencë të jashtëzakonshme ndaj korrozionit, oksidimit dhe lodhjes.

Keramika ka përçueshmëri termike dhe dendësi më të lartë se homologët e saj alumina dhe beryllia, ndërsa ka koeficient zgjerimi më të ulët se alumina për aplikime në temperatura më të larta dhe rezistencë superiore ndaj erozionit nga plazma se shumica e metaleve.

Nitridi i aluminit dallohet si një opsion tërheqës në aplikimet elektronike për shkak të zgjerimit të tij të ulët termik dhe vetive të shkëlqyera të izolimit elektrik, duke ofruar një zgjedhje alternative ndaj berylliës në disa raste. Dendësia e tij më e ulët dhe vetitë elektrike e bëjnë nitridin e aluminit një material veçanërisht të përshtatshëm për komponentë që kërkojnë toleranca të ngushta, si komponentët e frekuencës radio.

Nitridi i aluminit (AlN) është një material tërheqës për aplikime në sisteme mikroelektromekanike (MEMS), si filtra me frekuencë të lartë dhe mbledhës energjie, me boshte të gjera bandash dhe vetitë piezoelektrike të përputhshme me teknologjinë komplementare të semikondutorëve me oksid metalik (CMOS). Për më tepër, AlN mund të përpunohet lehtësisht për shkak të pikës së tij të ulët të shkrirjes. Megjithatë, shkallët e tkurrjes pas sinterimit mund të paraqesin sfida në ruajtjen e tolerancave të ngushta me këtë material.

Forcë mekanike e lartë

Nitridi i aluminit ka një forcë mekanike të jashtëzakonshme, duke e bërë atë një material të shkëlqyer për krijimin e substrateve qeramike për gjysmëpërçuesit. Si një nga materialet qeramike më të forta që përdoren aktualisht – me forcë përkuljeje më të lartë se karbidi i silicit dhe oksidi i aluminit – dhe për shkak të vetive të shkëlqyera të konduktivitetit termik, ai gjithashtu ofron veti të shkëlqyera izoluese elektrike.

Kombinimi unik i vetive të nitridit të aluminit e bën atë ideal për aplikime në energji dhe mikroelektronikë, dhe shpesh shërben si alternativë ndaj oksidit të beriljit në elektronikë për shkak të rreziqeve shëndetësore që lidhen me trajtimin e BeO. Për më tepër, nitridi i aluminit ka një koeficient shumë më të ulët të zgjerimit termik krahasuar me alumina dhe oksidin e beriljit, gjë që e bën atë të përshtatshëm për aplikime që kërkojnë funksionim në temperatura të ulëta.

Përparimet e fundit në teknologjinë e semikonduktorëve të fuqisë kanë krijuar një nevojë të shtuar për materiale alternative që mund të shpërndajnë nxehtësinë në mënyrë efikase. Materialet tradicionale të substratit prej qeramike, përfshirë oksidin e aluminit (Al2O3) dhe nitridin e silicit (Si3N4), kanë rezultuar të pamjaftueshme në këtë aspekt, kështu që AlGalN ka dalë si një kandidat potencial për shkak të përçueshmërisë së tij të lartë termike.

Fatkeqësisht, kalimi nga alumina te AlGalN kërkon përpunim të gjerë mekanik në një atmosferë azoti, me kohë të gjata pritjeje për disa prodhues. Për të kapërcyer këtë pengesë, disa kompani kanë zhvilluar produkte AlN të përpunueshme mekanikisht, të prodhuara si blloqe që mund të përpunohen pa përdorur vegla diamanti dhe që janë më me kosto efektive se AlN i pastër. Këto produkte të përpunueshme mund të merren gjithashtu nga furnizues të shumtë, gjë që redukton edhe më tej kohët e pritjes.

Rezistencë e lartë ndaj oksidimit

Nitridi i aluminit (AlN) është një nitrid i ngurtë i aluminit me përçueshmëri të lartë termike dhe veti të shkëlqyera izoluese elektrike. Për më tepër, rezistenca e AlN ndaj oksidimit, gërvishtjes dhe korrozionit e mbron atë nga dëmtimet nga shkrirja e aluminit si dhe nga korrozioni i arsenidit të galliumit; për më tepër, ai është jo-toksik.

Plastika atmosferike është një material ideal për përdorim në mjedise të ashpra, pasi mund të përballojë temperatura të larta dhe gërryerje kimike, duke e bërë atë materialin e përsosur për t'u rezistuar dridhjeve dhe stresit, ndërkohë që mbetet elektrike e konduktivë dhe rezistente ndaj rrezatimit UV. Për më tepër, ajo mund të përballojë edhe tension të lartë, ndërsa forca e saj mekanike e bën të përshtatshme për t'u rezistuar dridhjeve dhe stresit. Së fundi, konduktiviteti elektrik dhe rezistenca ndaj rrezatimit UV e bëjnë këtë plastikë një material të shkëlqyer.

Ky material mund të përpunohet me mjete standarde për përpunim mekanik, duke ofruar rezistencë mekanike të shkëlqyer dhe lehtësi përpunimi. Për më tepër, dendësia e tij e ulët e bën të përshtatshëm për komponentë të lehtë dhe nëndyshtrime aerohapësinore, ndërsa është më i qëndrueshëm se PCB-të FR-4 me alumin të përgjithshëm ose PCB-të me bakër të derdhur.

Ellipsometri spektroskopik me kënd të ndryshueshëm Woollam (Lincoln, NE, SHBA) u përdor për të karakterizuar mostrat AlN/Si S1 dhe S4 me trashësi të ndryshme filmash duke përdorur një sondë XPS, me energjinë e lidhjes së kulmit të fotoelektronëve N 1s të matur 396,2 eV, e cila përputhet mirë me të dhënat eksperimentale.

Materiali Shapal Hi M Soft me nitrid alumini i Tokuyama-s ofron aftësi përpunimi mekanik dhe rezistencë mekanike të shkëlqyer, i prodhuar përmes një procesi unik që shton nitrid bori për të rritur fortësinë – i përsosur për një gamë të gjerë aplikacionesh.