氮化铝：关键性能和应用
1.氮化铝的性质
氮化铝的功能来自其 热、电和机械性能的组合。
2.结构特性
氮化铝的化学式为AlN。它是一种具有六方纤锌矿晶体结构的共价键合无机化合物。它的密度为 3.3 g/cm 3，摩尔质量为 40.99 g/mol。
3.热性能
·与大多数陶瓷相比，氮化铝具有非常高的 导热性。事实上，AlN 是所有陶瓷中导热率最高的材料之一，仅次于氧化铍。对于单晶AlN，这个值可以高达285 W/(m·K)。然而，对于多晶材料，70–210 W/(m·K) 范围内的值更常见。
·氮化铝的高导热性是由于其低摩尔质量（40.99 g/mol，而氧化铝 Al2O3 为 101.96 g/mol）、强键合和相对简单的晶体结构。下面将氮化铝的更多特性与其他类似的技术陶瓷进行比较。
· 氮化铝 在 20 °C 时的热膨胀系数为 4.8✕10 -6 1/K。这与硅（20°C 时为 3.5✕10 -6 1/K）非常相似，因此 AlN 通常用作硅加工的衬底材料。
· 与在高温下使用相关的氮化铝的其他特性是高耐热冲击性和耐高温下熔融金属、化学品和等离子体的腐蚀。
· 氮化铝的熔点为2200℃，沸点为2517℃。
4.电气特性
与其他陶瓷类似，AlN 具有非常高的电阻率，范围为 10-16 Ω·m。这使其成为电绝缘体。
AlN还具有相对较高的介电常数，为8.8-8.9（纯AlN），与Al 2 O 3的介电常数相近，但远低于SiC。
AlN 的击穿电场为 1.2–1.8 x 10 6 V cm -1。
AlN 还显示压电性，这在薄膜应用中很有用。
5.机械性能
AlN在20℃时的抗弯强度为350 MPa，与Al 2 O 3相同，略低于SiC。
与 200 GPa 范围内的钢相比，它具有 343 GPa 的高杨氏模量。该值仅低于Al 2 O 3的值。
AlN 在 20 °C 时还具有大约 1000 的高维氏硬度。
6.氮化铝与其他常见陶瓷的比较
下面是一些流行的技术陶瓷的一些相关性能的比较表，包括氮化铝。
7.氮化铝的应用
半导体制造过程中存在的高温与制造中器件的敏感性相结合，使氮化铝特别适合用作衬底材料。其高导热性使其能够充当出色的散热器，同时保持电绝缘并且在高温下不会破裂。此外，它的热膨胀系数与硅非常相似。
在类似应用中，AlN 是氧化铍的常见替代品，因为它在加工时不会危害健康。
由于其在高温下的高耐腐蚀性，AlN 也被用作熔融金属的坩埚材料。
在薄膜形式下，AlN 有许多应用。由于其压电特性，它被用于表面声波 (SAW) 传感器。它还用于薄膜条形声波谐振器 (FBAR)，这是一种用于手机射频滤波器的微机电系统 (MEMS) 器件。还在研究开发基于氮化镓铝的发光二极管。
8.AlN 的其他一些常见应用包括：
·散热器
·微波器件封装
·熔融金属夹具
·激光热管理组件
·激光器用电绝缘元件
·电子封装基板
·用于微电子和光电器件的基板
·微电子和光电器件的绝缘体
·传感器和探测器的芯片载体
·小芯片
·夹头
·硅晶片处理和加工
·电绝缘体
·半导体加工设备用卡盘和卡环
·钢铁制造设备
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