Нитрид алюминия (AlN) - часто сокращенно ALN или AIN - представляет собой керамическое соединение алюминия и азота. Его молекулярная/химическая формула - AlN, что означает один атом Al, связанный с одним атомом N. В литературе "AlN" и "AIN" используются как взаимозаменяемые; химическое название - нитрид алюминия (IUPAC: aluminium nitride). Этот бинарный нитрид кристаллизуется в гексагональной вюртцитовой решетке (подобно GaN или ZnO).Благодаря прочным связям Al-N и тетраэдрической координации AlN является электрическим изолятором со сверхширокой полосой пропускания (~6,1 эВ). Ключевые свойства материала включают высокую плотность (~3,26 г/см³unipretec-ceramics.com), чрезвычайную твердость (~11 ГПа по Виккерсу) и выдающуюся теплопроводность.

Формула, структура и применение ALN (нитрида алюминия)

Компания Great Ceramic предлагает подложки и компоненты из AlN (пластины, шайбы, прокладки и т.д.) с превосходными тепловыми и электрическими свойствами. Керамика AlN чистотой >96% обладает высокой теплопроводностью (>170-200 Вт/м-К), очень низким тепловым расширением, высокой прочностью и твердостью, а также отличной электроизоляцией. AlN остается стабильным при очень высоких температурах; он разлагается (фактически "плавится") только при температуре выше ~2200 °C. Эти свойства делают AlN идеальным материалом для электронной упаковки и терморегулирования - например, теплоотводов и подложек в мощных светодиодных модулях, силовых модулях IGBT и MOSFET, радиочастотных/микроволновых устройствах и других схемах, где эффективный отвод тепла и электрическая изоляция являются критически важными.Фактически, AlN-подложки могут иметь теплопроводность до 9×, чем глинозем (Al₂O₃), в то время как их коэффициент теплового расширения (~4,6×10-⁶/K) близко соответствует кремнию, облегчая напряжение в корпусах микросхем. Типичные керамические детали из AlN включают пластины, стержни, трубки, шайбы и обработанные на заказ компоненты - все они доступны от Great Ceramic через точную обработку с ЧПУ или лазерную обработку.

Структура и свойства AlN

Гексагональная вюрцитная структура AlN дает каждому атому Al четыре ближайших соседа N (и наоборот). Такая сильная ионно-ковалентная связь позволяет получить сверхширокополосный (~6,1 эВ) полупроводник, а также высокое напряжение пробоя. В чистом виде AlN является очень хорошим электроизолятором, с объемным сопротивлением >10¹⁴ Ω-см. Теплопроводность исключительно высока среди керамики (объемный AlN 170-200+ Вт/м-К; монокристаллы до ~320 Вт/м-К. Для сравнения, теплопроводность AlN примерно в восемь раз выше, чем у глинозема, и намного превосходит теплопроводность большинства других технических керамик. Низкое тепловое расширение AlN (~4,5-5,2×10-⁶/K) близко к кремнию (~2,6×10-⁶/K), что минимизирует тепловые деформации в электронике. Твердость также высока (Виккерс ~11 ГПа), а AlN химически стабилен (устойчив к кислотам/щелочам и расплавленному металлу). Совокупность этих свойств - высокая Т-стабильность, высокая жесткость (модуль Юнга ~320 ГПа) и оптическая прозрачность в ультрафиолетовом диапазоне - обеспечивает широкий спектр применения.

Промышленные применения AlN

AlN-керамика используется там, где необходимо эффективно перемещать тепло или где требуется изоляция при высоких температурах и мощности. Основные области применения включают:

Подложки и корпуса из AlN для мощных светодиодов, лазерных диодов, силовых модулей IGBT/MOSFET и радиочастотных устройств. Его высокая теплопроводность и хорошая диэлектрическая прочность обеспечивают быстрый отвод тепла и надежность устройств.

Компоненты камер (например, камеры плазменного травления, футеровки CVD/PECVD), держатели подложек и приспособления. Устойчивость AlN к воздействию высоких температур, вакуума и коррозионной плазмы (травители, процессы RIE) защищает оборудование и снижает уровень загрязнения.

Антенные подложки, диэлектрические резонаторы и СВЧ-усилители. Низкие диэлектрические потери и стабильная проницаемость AlN до гигагерцовых частот позволяют эффективно работать в ВЧ диапазоне.

Силовые модули для электромобилей, DC-DC-преобразователи и системы управления батареями (BMS). AlN используется в высокотемпературной автомобильной электронике для электромобилей, обеспечивая более высокую плотность мощности.

Основания и теплоотводы для мощных лазеров и прецизионных оптических креплений. Подложки AlN используются для создания лазеров и светодиодов в глубоком ультрафиолете (DUV); широкая полоса пропускания и соответствие решетки GaN обеспечивают работу ультрафиолетовых диодов с длиной волны 220-280 нм. Прозрачность AlN в ультрафиолетовом диапазоне и низкий уровень фотолюминесценции также благоприятно сказываются на УФ-оптике.

Компоненты спутников, антенные решетки радаров и военная электроника, требующие легких и термически стабильных конструкционных материалов. В космической и оборонной промышленности низкое газовыделение и теплопроводность AlN помогают отводить тепло от авиационной электроники и датчиков.

Компоненты в рентгеновских установках, устройствах радиочастотной терапии и биосенсорах, где требуется высокая электроизоляция и биосовместимость. Например, AlN используется в электродах и держателях высокочастотных медицинских приборов.

В этих приложениях используется уникальное сочетание терморегулирования и электроизоляции AlN. Во многих случаях AlN выбирают вместо глинозема (Al₂O₃) или оксида бериллия (BeO) из-за его превосходной теплопроводности и схожего с кремнием расширения.

AlN в полупроводниках и передовой упаковке

AlN привлекает все большее внимание как полупроводниковый материал со сверхширокополосным затвором (UWBG). Имея полосу пропускания ≈6 э, AlN подходит для экстремально мощной и высокочастотной электроники. Исследователи Корнельского университета отмечают, что "теплопроводность, высокое напряжение пробоя и устойчивость к электрическому полю" делают AlN идеальным материалом для силовых транзисторов и диодов нового поколения. Текущие исследования и разработки (например, проекты, финансируемые DARPA) сосредоточены на PIN-диодах на основе AlN с ультранизким сопротивлением в состоянии включения для снижения потерь мощности. Кроме того, подложки на основе AlN позволили создать первые диодные лазеры глубокого ультрафиолетового излучения (длина волны <280 нм), что очень важно для стерилизации и сенсорики, благодаря совместимости решетки AlN со слоями нитрида галлия алюминия (AlGaN).

В электронной упаковке керамические подложки AlN играют "судьбоносную" роль. Теплопроводность AlN (150-230 Вт/м-К) значительно превышает теплопроводность глинозема, что позволяет отводить тепло от чипов с минимальным термическим сопротивлением. В результате подложки из AlN широко используются в модулях IGBT, преобразователях мощности и современных светодиодных корпусах. AlN также используется в передовых упаковочных технологиях - например, в корпусах на уровне пластин и 3D-модулях, - поскольку его высокие тепловые характеристики и изоляция повышают надежность плотных и мощных сборок. Одним словом, керамика AlN служит одновременно теплоотводом и подложкой во многих передовых полупроводниковых и электронных приложениях.

Продукция и услуги компании Great Ceramic по производству AlN

Компания Great Ceramic является профессиональным производителем керамики AlN и компонентов на заказ. Мы предлагаем керамические материалы из нитрида алюминия высокой чистоты (>96%) в различных формах - пластины, подложки, трубки, стержни, шайбы, прокладки и полностью обработанные детали. Наши детали из AlN могут быть разработаны на заказ и изготовлены OEM с жесткими допусками и дополнительной металлизацией (например, медь или покрытие DBC) для силовой электроники. Керамика AlN компании Great Ceramic обычно имеет плотность ~3,3 г/куб. см и теплопроводность >170 Вт/м-К. Мы поддерживаем быстрое создание прототипов и мелкосерийное производство, включая прецизионную лазерную резку и шлифовку. Чтобы узнать о наших возможностях в области ALN или запросить цену, ознакомьтесь с продукцией из нитрида алюминия (AlN) на нашей странице или свяжитесь с нами для получения технической поддержки.

Часто задаваемые вопросы об AlN (нитриде алюминия)

ALN (или AIN) - это общепринятая аббревиатура нитрида алюминия, керамического соединения алюминия (Al) и азота (N). Это твердый, белый (или бледно-желтый) материал, который является отличным теплопроводником и электроизолятором.

Молекулярная формула - AlN. Это означает, что на одну формульную единицу приходится один атом алюминия и один атом азота. Иногда формулу пишут как AIN (те же буквы, заглавные), но это относится к одному и тому же соединению. Нитрид алюминия имеет название по ИЮПАК - нитрид алюминия.

AlN - чрезвычайно высокоплавкий материал. В инертных условиях он разлагается или "плавится" примерно при 2200-2500 °C. Например, в технических данных часто указывается температура плавления AlN около 2220 °C. Обратите внимание, что выше ~2490 °C AlN диссоциирует (алюминий выкипает). С практической точки зрения AlN остается твердым и термически стабильным примерно до 1000-1200 °C на воздухе, что делает его пригодным для высокотемпературных применений.

AlN широко используется в электронике и терморегулировании. Он также используется в оборудовании для производства полупроводников (травильных камерах, вафельных патронах), в высокочастотной связи (компоненты радаров 5G), в системах питания автомобильных электромобилей, в аэрокосмической/оборонной электронике. Во всех случаях AlN служит либо высокоэффективным теплоотводом/изолятором, либо керамической подложкой для повышения надежности устройств. (Несмотря на более высокую стоимость, тепловые преимущества AlN делают его незаменимым в высокотехнологичных и мощных системах).

Нет. "Оксинитрид алюминия" (часто называемый AlON) - это другая прозрачная керамика, состоящая из алюминия, кислорода и азота. ALN относится именно к чистому нитриду алюминия (без кислорода). Они имеют разные свойства и области применения. (При необходимости информацию об оксинитриде алюминия см. в других материалах компании Great Ceramic).