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摘要

? ? ? 氮化鋁是寬直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料。高溫強度高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕性強、介電性能好等特點使氮化鋁作為抗沖擊材料、坩堝材料、導(dǎo)電材料廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。綜述了氮化鋁粉末的生產(chǎn)方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

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介紹

? ? ? 氮化鋁是一種陶瓷絕緣體，第三代半導(dǎo)體材料。氮化鋁在室溫下的帶隙為6.42eV，熱膨脹系數(shù)為4.5×10-6°C；最大穩(wěn)定到2200°C。.本文介紹了基于氮化鋁粉末生產(chǎn)方法的氮化鋁的基本特性及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

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氮化鋁的基本結(jié)構(gòu)和性能

? ? ? 氮化鋁和其他材料的比較如表1所示。與其他材料相比，可以看出氮化鋁的熔點更高，導(dǎo)熱系數(shù)更大，帶隙更寬。這些特性是由特殊氮化鋁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的。

? ? ? 氮化鋁通過共價鍵連接。圖1顯示了氮化鋁的晶體結(jié)構(gòu)。它具有六方晶體結(jié)構(gòu)，與硫化鋅和硫化鋅礦石相同。氮化鋁空間群為P63mc 。它的空間結(jié)構(gòu)led氮化鋁具有很高的熱穩(wěn)定性，因此它應(yīng)該在壓制和焊接之前生產(chǎn)工業(yè)級材料。

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表1 預(yù)測器變量的高低設(shè)置

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圖1 氮化鋁的晶體結(jié)構(gòu)

氮化鋁的制備方法

? ? ? 直接氮化法--氮化鋁作為最早的方法:在800°C ~ 1200°C的高溫氮氣氣氛中，鋁粉和氮化鋁粉末直接生成氮化合物。

? ? ? 碳熱還原--碳熱還原是指反應(yīng)通過還原金屬鋁和氮在高溫下發(fā)生。

? ? ? 自蔓延高溫合成--自蔓延高溫合成起源于俄羅斯，該方法是利用外部熱源，通過鋁和氮之間的高化學(xué)反應(yīng)熱，在高壓氮氣中點燃鋁粉，從而保持反應(yīng)，直到鋁完全轉(zhuǎn)化為氮化鋁。

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氮化鋁的應(yīng)用

? ? ? 氮化鋁具有寬的帶隙寬度、穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、良好的介電特性等，因此得到了廣泛的應(yīng)用.高純氮化鋁粉末是制造高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基板的主要原料。

? ? ? 這種氮化鋁陶瓷基板，導(dǎo)熱性高、膨脹系數(shù)低、強度高、耐高溫、耐化學(xué)性好、電阻率高、介電損耗低，是理想的大規(guī)模集成電路散熱板和封裝材料。氮化鋁具有高硬度的特性，是新型耐磨陶瓷材料，可用于磨損嚴重的零件。利用氮化鋁陶瓷的熱熔抗侵蝕性和抗熱震性可制成GaAs晶體坩堝、鋁蒸發(fā)皿、MHD發(fā)電設(shè)備腐蝕和高溫渦輪部件。利用其光學(xué)特性可以用于紅外窗口。氮化鋁膜可以制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路襯底等氮化鋁無毒，其性能更好的金屬化陶瓷可以替代有毒的氧化敏感瓷被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。

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總結(jié)與展望

? ? ? 雖然氮化鋁在各個領(lǐng)域都有過優(yōu)異的性能，但距離規(guī)?；⑵毡榛l(fā)展還有很長的距離，主要有兩個原因。

? ? ? 在高純氧化鋁的制備中，由于制造工藝的限制，難以合成生長周期短、高精度、低成本、大規(guī)模的氮化鋁粉末。這使得氮化鋁的價格瓶頸昂貴，甚至在它的應(yīng)用方面研究較多，但限制了氮化鋁的加工大規(guī)模使用。合成優(yōu)質(zhì)氮化硅將是未來技術(shù)發(fā)展的一個趨勢方向。

? ? ? 氮化鋁的氧化暴露在空氣中會增加氮化鋁的氧含量，因此在生產(chǎn)氮化鋁粉末時有必要對其進行表面改性。

? ? ? 我們需要抓住時代的脈搏，通過科技進步不斷完善氮化鋁的加工工藝，拓展氮化鋁的應(yīng)用水平。

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