آلومینیم نیترید

 

آلومینیم نیترید ترکیبی شیمیایی به شکل جامد سفید تا زرد کمرنگ است که به دلیل خاصیت رسانایی حرارتی بالا و ویژگی های عایق الکتریکی اش، به ماده ای ایده آل برای استفاده در مدیریت حرارتی و کاربردهای الکتریکی تبدیل شده است.

 

نیترید آلومینیوم یک سرامیک پیوندی کووالانسی است که از عناصر فراوان آلومینیوم و نیتروژن سنتز می شود و به طور طبیعی یافت نمی شود. این ماده یک جایگزین مشترک برای اکسید بریلیم (BeO) در صنعت نیمه هادی است زیرا هنگام ماشین کاری خطری برای سلامتی ندارد.

 

نیترید آلومینیوم دارای ضریب انبساط حرارتی و خصوصیات عایق الکتریکی است که با ماده ویفر سیلیکون مطابقت دارد و آن را به ماده ای مفید برای کاربردهای الکترونیکی تبدیل می کند که در آن دمای بالا و اتلاف گرما اغلب یک مشکل می باشد.

 

خواص و مشخصات شناسایی آلومینیم نیترید

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                  پودر سفید مایل به زرد فرمول شیمیایی                                                                            AlN
دانسیته                                                                   (g/cm۳)۳.۲۵۵ وزن مولکولی                                                         (g/mol) 40.989
نقطه ذوب                                                                         (۰C)2500 شماره (CAS No)                                                           ۲۴۳۰۴-۰۰-۵
حلالیت در آب                                                      هیدرولیز می شود! ساختار کریستالی                                                Wurtzite

 

نیترید آلومینیوم در دمای بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد در جوهای بی اثر پایدار است. این ماده رسانایی گرمایی بالایی را از خود نشان می دهد اما به طور منحصر به فرد، یک دی الکتریک قوی می باشد.

 

آلومینیوم نیترید از طریق کاهش کاربوترمال اکسید آلومینیوم در حضور نیتروژن گازی یا آمونیاک یا با نیتراتاسیون مستقیم آلومینیوم سنتز می شود.

 

برای تولید یک ماده متراکم در رده فنی، استفاده از ترکیبات کمکی مانند اکسید آلومینیم یا CaO و پرس گرم لازم است. ساختار کریستالی آن را در شکل زیر مشاهده می کنید:

 

ساختار کریستالی نیترید آلومینیوم

 

کاربردها

 

لایه نازک اپیتاکسیال رشد یافته نیترید آلومینیوم کریستالی به دلیل خواص پیزوالکتریک نیترید آلومینیم برای سنسورهای موج صوتی سطح (SAW) رسوب داده شده روی ویفرهای سیلیکون استفاده می شود.

 

یکی از موارد استفاده، فیلتر RF است که به طور گسترده در تلفن های همراه استفاده می شود که به آن یک رزوناتور صوتی فله ای نازک (FBAR) می گویند. این یک دستگاه MEMS است که از نیترید آلومینیوم بین دو لایه فلزی استفاده می کند.

 

آلومینیوم نیترید همچنین برای ساخت مبدل های سونوگرافی میکروماشین پیزوالکتریک استفاده می شود. روش های فلزاسیون در دسترس است تا این ماده بتواند در برنامه های الکترونیکی مشابه با آلومینا و اکسید بریلیم استفاده شود.

 

نانولوله های نیترید آلومینیوم به عنوان نانولوله های شبه یک بعدی غیر آلی، که ایزوالکترونیک با نانولوله های کربنی هستند، به عنوان سنسورهای شیمیایی برای گازهای سمی پیشنهاد شده اند.

 

نیترید آلومینیوم مناسب برای کاربردهای حرارتی!

 

نیترید آلومینیوم مناسب در کاربردهای حرارتی

 

نیترید آلومینیوم ماده سرامیکی منحصر به فردی است که هدایت حرارتی و مقاومت الکتریکی بالا را با هم ترکیب می کند. فقط چند سرامیک دیگر مانند اکسید بریلیم و نیترید مکعب بور (c-BN) در واقع تنها نمونه های دیگر با این ویژگی ها هستند. با این حال، استفاده از BeO به دلیل سمی بودن آن محدود شده است و تولید c-BN بسیار دشوار می باشد.

 

رسانایی حرارتی توانایی ماده در انتقال گرما در هنگام قرار گرفتن در شیب دمایی است. در الکتریک های الکترونیکی مانند نیترید آلومینیوم، گرما از طریق ارتعاشات شبکه ای که به آن “فونون” نیز گفته می شود، منتقل می شود. موادی با ساختار ساده، پیوند کووالانسی و جرم اتمی کم عموماً دارای هدایت گرمایی بالایی هستند.

 

هدایت حرارتی واقعی یک ماده تحت تأثیر عواملی است که مانع انتشار فونون می شوند. دما، ناخالصی ها، اندازه و توزیع منافذ، اندازه دانه، همگنی ترکیب و جهت گیری همه روی ارتعاشات شبکه و در نتیجه هدایت حرارتی تأثیر می گذارند.

 

هدایت حرارتی واقعی به شرایط پردازش و خلوص مواد اولیه بستگی دارد. وجود ناخالصی های اکسیژن در شبکه یک ضرر عمده است. همانطور که اکسیژن نیتروژن را در شبکه جابجا می کند، باعث خالی شدن فضای انتشار و پراکنده شدن فونون ها می شود، در نتیجه رسانایی گرمایی ترکیباتی مانند آلومینیم نیترید کاهش می یابد.