氮化铝陶瓷是什么材料(氮化铝陶瓷特性)

导语：一文了解氮化铝陶瓷

氮化铝(AlN)是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性,可靠的申绝缘性,低的介电常数和介电损耗.无毒以及与硅相匹配的热膨胀系教等一系列优良特性.被认为是新-代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料，受到了国内外研究者的高度重视.理论上,氮化铝的热导率为320W/(m)工业上实际制备的多晶氮化铝的热导率也可达100~250 W/(m).该数值是传统基片材料氧化铝热导离的5倍~10倍,接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用.与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大.另外,氮化铝陶瓷可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、蒸发舟、热电偶的保护管、高温绝缘件,同时可作为耐高温耐腐蚀结构陶瓷、透明氮化铝陶瓷制品,因而成为一种具有广泛应用前景的无机材料.

氮化铝的应用进展

1.1 AlN作为基板材料

高电阻率、同热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求.封装用基片还应与硅片具有良好的热匹配. 易成型 高表面平整度、易金属化、易加工、低成本等特点和一定的力学性能.大多数陶瓷是离子键或共价键极强的材料,具有优异的综合性能.是电子封装中常用的基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,,化学性能非常稳定且热导率高.长期以来,绝大多数大功率混合集成电路的基板材料-直沿用A1203和BeO陶瓷,但A1203基板的热导率低，热膜胀系数和硅不太匹配∶BeO虽然具有优良的综合性能.但其较高的生产成本和剧毒的缺点限制了它的应用推广.因此,从性能、成本和环保等因素考虑二者已不能完全满足现代电子功率器件发展的需要.

1.2 AlN作为电子膜材料

电子膜材料是微电子技术和光电子技术的基础,因而对各种新型电子薄膜材料的研究成为众多科研工作者的关注热电.AIN于19世纪60年代被人们发现,可作为电子薄膜材料,并具有广泛的应用.近年来,以ⅢA族氮化物为代表的宽禁带半导体材料和电子器件发展迅猛被称为继以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体之后的第三代半导体.A1N作为典型的ⅢA族氮化物得到了越来越多国内外科研人员的重视.目前各国竞相投入大量的人力、物力对AlN薄膜进行研究工作.由于A1N有诸多优异性能，带隙宽、极化强禁带宽度为6.2eV,使其在机械、微电子、光学,以及电子元器件、声表面波器件制造、高频宽带通信和功率半导体器件等领域有着广阔的应用前景.AIN的多种优异性能决定了其多方面应用，作为压申薄膜已经被广泛应用;作为电子器件和集成申路的封装、介质隔离和绝缘材料有着重要的应用前景；作为蓝光. 紫外发光材料也是目前的研究热点.

1.3 AIN作为基体

氮化铝具有高的热导率、低的相对介电常数、耐高温.耐腐蚀.无毒.良好的力学性能以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良性能,在许多高技术领域的应用越来越广泛,这其中很多情况下要求AlN为异形件和微型件,但是传统的模压和等静压工艺无法制备出复杂形状的陶瓷零部件,加上AlN陶瓷材料所固有的韧性低、脆性大、难于加工的缺点,,使得用传统机械加工的方法很难制备出复杂形状的AlN陶瓷零部件.为了充分发挥AlN的性能优势,拓宽它的应用范围,解决好AIN陶瓷的复杂形状成形技术问题是其中非常关键的一环.

1.4 AIN作为衬底

AlN晶体是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想衬底.与蓝宝石或SiC衬底相比,AlN与GaN热匹配和化学兼容性更高、衬底与外延层之间的应力更小.因此,AlN晶体作为GaN外延衬底时可大幅度降低器件中的缺陷密度,提高器件的性能,在制备高温、高频、高功率电子器件方面有很好的应用前景.另外,用AlN晶体做高铝组份的AlGaN外延材料衬底还可以有效降低氮化物外延层中的缺陷密度,极大地提高氮化物半导体器件的性能和使用寿命.基于AlGaN的高质量日盲探测器已经获得成功应用.氮化铝可应用于结构陶瓷的烧结,制备出来的氮化铝陶瓷,不仅机械性能好,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,硬度高,还耐高温耐腐蚀.利用AlN陶瓷耐热耐侵蚀性,可用于制作坩埚、Al蒸发皿等高温耐蚀部件.此外,纯净的AlN陶瓷为无色透明晶体,具有优异的光学性能,可以用作透明陶瓷制造电子光学器件装备的高温红外窗口和整流罩的耐热涂层.

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