24304-00-5 / 氮化鋁(AlN)是一種新型無(wú)機(jī)材料

簡(jiǎn)介

氮化鋁，共價(jià)鍵化合物，是原子晶體，屬類金剛石氮化物、六方晶系，纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)，無(wú)毒，呈白色或灰白色。

性質(zhì)

AlN最高可穩(wěn)定到2200℃。室溫強(qiáng)度高，且強(qiáng)度隨溫度的升高下降較慢。導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料?？谷廴诮饘偾治g的能力強(qiáng)，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁還是電絕緣體，介電性能良好，用作電器元件也很有希望。砷化鎵表面的氮化鋁涂層，能保護(hù)它在退火時(shí)免受離子的注入。氮化鋁還是由六方氮化硼轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎降鸬拇呋瘎?。室溫下與水緩慢反應(yīng).可由鋁粉在氨或氮?dú)夥罩?00~1000℃合成，產(chǎn)物為白色到灰藍(lán)色粉末?；蛴葾l2O3-C-N2體系在1600~1750℃反應(yīng)合成，產(chǎn)物為灰白色粉末?；蚵然X與氨經(jīng)氣相反應(yīng)制得.涂層可由AlCl3-NH3體系通過(guò)氣相沉積法合成。

AlN+3H2O==催化劑===Al（OH）3↓+NH3↑

歷史

氮化鋁于1877年首次合成。至1980年代，因氮化鋁是一種陶瓷絕緣體(聚晶體物料為 70-210 W?m−1?K−1，而單晶體更可高達(dá) 275 W?m−1?K−1 )，使氮化鋁有較高的傳熱能力，至使氮化鋁被大量應(yīng)用于微電子學(xué)。與氧化鈹不同的是氮化鋁無(wú)毒。氮化鋁用金屬處理，能取代礬土及氧化鈹用于大量電子儀器。氮化鋁可通過(guò)氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來(lái)制備。氮化鋁是一種以共價(jià)鍵相連的物質(zhì)，它有六角晶體結(jié)構(gòu)，與硫化鋅、纖維鋅礦同形。此結(jié)構(gòu)的空間組為P63mc。要以熱壓及焊接式才可制造出工業(yè)級(jí)的物料。物質(zhì)在惰性的高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。在空氣中，溫度高于700℃時(shí)，物質(zhì)表面會(huì)發(fā)生氧化作用。在室溫下，物質(zhì)表面仍能探測(cè)到5-10納米厚的氧化物薄膜。直至1370℃，氧化物薄膜仍可保護(hù)物質(zhì)。但當(dāng)溫度高于1370℃時(shí)，便會(huì)發(fā)生大量氧化作用。直至980℃，氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當(dāng)穩(wěn)定。礦物酸通過(guò)侵襲粒狀物質(zhì)的界限使它慢慢溶解，而強(qiáng)堿則通過(guò)侵襲粒狀氮化鋁使它溶解。物質(zhì)在水中會(huì)慢慢水解。氮化鋁可以抵抗大部分融解的鹽的侵襲，包括氯化物及冰晶石〔即六氟鋁酸鈉〕。

特性

(1)熱導(dǎo)率高(約320W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；

(2)熱膨脹系數(shù)(4.5×10-6℃)與Si(3.5~4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；

(3)各種電性能(介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、體電阻率、介電強(qiáng)度)優(yōu)良；

(4)機(jī)械性能好，抗折強(qiáng)度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以常壓燒結(jié)；

(5)純度高；

(6)光傳輸特性好；

(7)無(wú)毒；

(8)可采用流延工藝制作。是一種很有前途的高功率集成電路基片和包裝材料。

應(yīng)用

有報(bào)告指現(xiàn)今大部分研究都在開(kāi)發(fā)一種以半導(dǎo)體（氮化鎵或合金鋁氮化鎵）為基礎(chǔ)且運(yùn)行於紫外線的發(fā)光二極管，而光的波長(zhǎng)為250納米。在2006年5月有報(bào)告指一個(gè)無(wú)效率的二極管可發(fā)出波長(zhǎng)為210納米的光波。以真空紫外線反射率量出單一的氮化鋁晶體上有6.2eV的能隙。理論上，能隙允許一些波長(zhǎng)為大約200納米的波通過(guò)。但在商業(yè)上實(shí)行時(shí)，需克服不少困難。氮化鋁應(yīng)用於光電工程，包括在光學(xué)儲(chǔ)存介面及電子基質(zhì)作誘電層，在高的導(dǎo)熱性下作晶片載體，以及作軍事用途。

由于氮化鋁壓電效應(yīng)的特性，氮化鋁晶體的外延性伸展也用於表面聲學(xué)波的探測(cè)器。而探測(cè)器則會(huì)放置於矽晶圓上。只有非常少的地方能可靠地制造這些細(xì)的薄膜。

利用氮化鋁陶瓷具有較高的室溫和高溫強(qiáng)度，膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好的特性，可以用作高溫結(jié)構(gòu)件熱交換器材料等。

利用氮化鋁陶瓷能耐鐵、鋁等金屬和合金的溶蝕性能，可用作Al、Cu、Ag、Pb等金屬熔煉的坩堝和澆鑄模具材料。

氮化鋁陶瓷基板與氧化鋁陶瓷基板對(duì)比

陶瓷基板今年來(lái)因?yàn)椴糠稚碳业墓に囁降玫教岣?，生產(chǎn)的成本降低，通過(guò)率提升。目前陶瓷基板備受歡迎，在 LED 行業(yè)，汽車領(lǐng)域以及高科技電子方面應(yīng)用廣泛。在 LED 領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)用到陶瓷基板，根據(jù)應(yīng)用的不同選擇氧化鋁陶瓷基板或者氮化鋁陶瓷基板。

從三個(gè)方面分析一下氮化鋁陶瓷基板與氧化鋁陶瓷基板不同點(diǎn)。

一、導(dǎo)熱率：同為陶瓷電路基板，但是有很大區(qū)別，氧化鋁的導(dǎo)熱率差不多是45W/(m·K)左右，氮化鋁的導(dǎo)熱率接近其 7 倍 ;

二、 熱膨脹系數(shù)：氧化鋁陶瓷電路板的導(dǎo)熱系數(shù)和氮化鋁陶瓷電路板基本相同。導(dǎo)熱率和熱膨脹系數(shù)是最直接體現(xiàn)電路板性能的參數(shù)，相信大家已經(jīng)能夠比較直觀看出氮化鋁陶瓷 電路板的優(yōu)勢(shì)，其實(shí)不光光是只是這兩點(diǎn)，氮化鋁陶瓷電路板可以將陶瓷電路板的易碎缺點(diǎn) 降到最低，氮化鋁陶瓷電路板的硬度會(huì)比氧化鋁陶瓷電路板的硬度高很多。

三、應(yīng)用市場(chǎng)的不同：氮化鋁陶瓷基板多用于大功率散熱比如 LED 大功率照明，或者需要絕緣性非常好的通訊 產(chǎn)品領(lǐng)域；氧化鋁陶瓷基板，一般多用于中小功率方面，也包括 LED 燈珠照明，以及傳感 器等產(chǎn)品上。