Нитрид алюминия - Aluminium nitride

Акроним из трех букв см. ALN (значения).
Нитрид алюминия
Порошок нитрида алюминия
Вюрцитовый многогранник.png
Имена
Другие имена
Нитрид алюминия
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.041.931 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 246-140-8
13611
Номер RTECS
  • BD1055000
UNII
Характеристики
AlN
Молярная масса40,989 г / моль[1]
Внешностьот белого до бледно-желтого твердого вещества
Плотность3,255 г / см3[1]
Температура плавления 2500 ° С (4530 ° F, 2770 К)[6]
гидролизуется (порошок), нерастворим (монокристаллический)
Растворимостьнерастворим, подвергается гидролизу в водных растворах оснований и кислот [2]
Ширина запрещенной зоны6.015 эВ[3][4] (непосредственный )
Электронная подвижность~ 300 см2/(Против)
Теплопроводность321 Вт / (м · К)[5]
Структура[7]
Вюрцит
C6v4-п63MC, № 186, hP4
а = 0,31117 нм, c = 0,49788 нм
2
Тетраэдр
Термохимия[8]
30,1 Дж / (моль · К)
20,2 Дж / (моль · К)
-318,0 кДж / моль
-287,0 кДж / моль
Опасности
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровьяGHS09: Опасность для окружающей среды
Сигнальное слово GHSПредупреждение
H315, H319, H335, H373, H411
P260, P261, P264, P271, P280, P301 + 330 + 331, P302 + 352, P303 + 361 + 353, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P310, P312, P321, P332 + 313, P337 + 313, P362, P363, P403 + 233, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Нитрид алюминия (AlN ) является твердым нитрид из алюминий. Имеет высокий теплопроводность до 321 Вт / (м · К),[5] и является электрическим изолятором. Его вюрцит фаза (w-AlN) имеет запрещенная зона ~ 6 эВ при комнатной температуре и имеет потенциальное применение в оптоэлектроника работает в глубокий ультрафиолет частоты.

История и физические свойства

AlN был впервые синтезирован в 1877 году.

AlN в чистом (нелегированном) состоянии имеет электрическая проводимость из 10−11-10−13 Ω−1⋅см−1, увеличиваясь до 10−5-10−6 Ω−1⋅см−1 при допировании.[9] Электрический пробой происходит в поле 1,2–1,8×105 В / мм (диэлектрическая прочность ).[9]

Предполагается, что кубическая фаза смеси цинка AlN (zb-AlN) может проявлять сверхпроводимость при высоких давлениях.[10]

AlN имеет высокий теплопроводность Высококачественный монокристалл AlN, выращенный методом MOCVD, имеет собственную теплопроводность 321 Вт / (м · К), что согласуется с расчетами из первых принципов. [5] Для электроизоляционного керамика, она составляет 70–210 Вт / (м · К) для поликристаллического материала и достигает 285 Вт / (м · К) для монокристаллов).[9]

Стабильность и химические свойства

Нитрид алюминия устойчив при высоких температурах в инертной атмосфере и плавится около 2200 ° C. В вакууме AlN разлагается при ~ 1800 ° C. На воздухе поверхностное окисление происходит при температуре выше 700 ° C, и даже при комнатной температуре были обнаружены поверхностные оксидные слои толщиной 5–10 нм. Этот оксидный слой защищает материал до 1370 ° C. Выше этой температуры происходит массовое окисление. Нитрид алюминия устойчив в атмосфере водорода и углекислого газа до 980 ° C.[11]

Материал медленно растворяется в минеральные кислоты через зернограничная атака, а в сильной щелочи за счет воздействия на зерна нитрида алюминия. Материал медленно гидролизуется в воде. Нитрид алюминия устойчив к воздействию большинства расплавленных солей, в том числе хлориды и криолит.[нужна цитата ]

Нитрид алюминия может быть нанесен на рисунок Cl2-основан реактивное ионное травление.[12][13]

Производство

AlN синтезируется карботермическое восстановление из оксид алюминия в присутствии газообразного азота или аммиака или прямым азотированием алюминия. Использование спекание вспомогательные средства, такие как Y2О3 или CaO, а горячее прессование требуется для получения плотного материала технической чистоты.

Приложения

Эпитаксиально вырос тонкая пленка кристаллический нитрид алюминия используется для поверхностная акустическая волна датчики (ПАВ), нанесенные на кремний вафли из-за AlN пьезоэлектрический характеристики. Одно приложение - это RF фильтр который широко используется в мобильных телефонах,[14] который называется объемный тонкопленочный акустический резонатор (FBAR). Это МЭМС устройство, в котором используется нитрид алюминия, расположенный между двумя металлическими слоями.[15]

AlN также используется для создания пьезоэлектрических микромашинных ультразвуковых преобразователей, которые излучают и принимают ультразвук и которые могут использоваться для определения дальности в воздухе на расстояниях до метра.[16][17]

Доступны методы металлизации, позволяющие использовать AlN в электронике, аналогичных оксиду алюминия и оксид бериллия. Нанотрубки AlN как неорганические квазиодномерные нанотрубки, изоэлектронные углеродным нанотрубкам, были предложены в качестве химических сенсоров для токсичных газов.[18][19]

В настоящее время ведется много исследований по разработке светодиоды работать в ультрафиолете, используя нитрид галлия на основе полупроводников и, используя сплав нитрид алюминия-галлия были достигнуты длины волн всего 250 нм. В 2006 г. неэффективный AlN ВЕЛ Сообщалось об эмиссии при 210 нм.[20]

Среди приложений AlN:

  • оптоэлектроника,
  • диэлектрические слои в оптических носителях информации,
  • электронные подложки, держатели чипов, где важна высокая теплопроводность,
  • военные приложения,
  • как тигель выращивать кристаллы арсенид галлия,
  • стали и полупроводник изготовление.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Хейнс, стр. 4,45
  2. ^ Фукумото, S .; Hookabe, T .; Цубакино, Х. (2010). «Гидролизное поведение нитрида алюминия в различных растворах». J. Mat. Наука. 35 (11): 2743–2748. Дои:10.1023 / А: 1004718329003. S2CID  91552821.
  3. ^ Хейнс, стр. 12,85
  4. ^ Feneberg, M .; Leute, R.A.R .; Neuschl, B .; Thonke, K .; Бикерманн, М. (2010). Phys. Ред. B. 82 (7): 075208. Bibcode:2010PhRvB..82g5208F. Дои:10.1103 / Physrevb.82.075208.CS1 maint: журнал без названия (связь)
  5. ^ а б c Ченг, Чжэ; Ко, Йи Руи; Мамун, Абдулла; Ши, Цзинцзин; Бай, Тингюй; Huynh, Кенни; Йейтс, Люк; Лю, Зею; Ли, Жуйян; Ли, Ынгкю; Liao, Michael E .; Ван, Екан; Ю, Сюань Минь; Кусимото, Маки; Ло, Тэнфэй; Гоорский, Марк С .; Хопкинс, Патрик Э .; Амано, Хироши; Хан, Асиф; Грэм, Сэмюэл (2020). «Экспериментальное наблюдение высокой собственной теплопроводности AlN». Материалы физического обзора. 4 (4): 044602. arXiv:1911.01595. Дои:10.1103 / PhysRevMaterials.4.044602. S2CID  207780348. Получено 2020-04-03.
  6. ^ Хейнс, стр. 12,80
  7. ^ Vandamme, Nobuko S .; Ричард, Сара М .; Винзер, Стивен Р. (1989). «Жидкофазное спекание нитрида алюминия с добавками оксида европия». Журнал Американского керамического общества. 72 (8): 1409–1414. Дои:10.1111 / j.1151-2916.1989.tb07662.x.
  8. ^ Хейнс, стр. 5,4
  9. ^ а б c «AlN - Нитрид алюминия». База данных Иоффе. Санкт-Петербург: ФТИ им. Иоффе А.Ф., РАН. Получено 2014-01-01.
  10. ^ Дэнси, Г. Сельва; Шиба, В. Беналин; Луи, К. Нирмала; Амальрадж, А. (30 сентября 2015 г.). «Сверхпроводимость в полупроводнике AlN группы III-V под высоким давлением». Орбиталь - Электронный химический журнал. Instituto de Quimica - Univ. Federal do Mato Grosso do Sul. 7 (3). Дои:10.17807 / orbital.v7i3.628. ISSN  1984-6428.
  11. ^ Бергер, Л. И. (1997). Полупроводниковые материалы. CRC Press. стр.123 –124. ISBN  978-0-8493-8912-2.
  12. ^ Чи-мин Линь; Тинг-та Йен; Юнь-дзю Лай; Фельметсгер, В.В .; Hopcroft, M.A .; Kuypers, J.H .; Пизано, А.П. (март 2010 г.). «Температурно-компенсированные резонаторы волны Ягненка из нитрида алюминия». Протоколы IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты. 57 (3): 524–532. Дои:10.1109 / TUFFC.2010.1443. PMID  20211766. S2CID  20028149.
  13. ^ Сюн, Чи; Pernice, Wolfram H.P .; Сунь, Сянькай; Шук, Карстен; Фонг, король Й .; Тан, Хун Х. (2012). «Нитрид алюминия как новый материал для оптомеханики и нелинейной оптики». Новый журнал физики. 14 (9): 095014. arXiv:1210.0975. Bibcode:2012NJPh ... 14i5014X. Дои:10.1088/1367-2630/14/9/095014. ISSN  1367-2630. S2CID  118571039.
  14. ^ Цуруока, Дуг (17 марта 2014 г.). "Apple и Samsung увеличивают количество заказов на мобильные телефоны Avago". news.investors.com.
  15. ^ «ACPF-7001: Agilent Technologies представляет фильтр FBAR для мобильных телефонов и карт данных в диапазоне PCS в США». wirelessZONE. EN-Genius Network Ltd. 2002-05-27. Получено 2008-10-18.
  16. ^ «Жестовой интерфейс для умных часов».
  17. ^ Przybyla, R .; др. и др. (2014). «3D ультразвуковое распознавание жестов». Международная конференция по твердотельным схемам. Сан-Франциско. С. 210–211.
  18. ^ Ахмади, А; Хадипур, Нидерланды; Камфироози, М; Багери, З. (2012). «Теоретическое исследование нанотрубок из нитрида алюминия для химического определения формальдегида». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 161 (1): 1025–1029. Дои:10.1016 / j.snb.2011.12.001.
  19. ^ Ахмади Пейган, А; Омидвар, А; Хадипур, Нидерланды; Багери, Z; Камфироози, М (2012). «Могут ли нанотрубки из нитрида алюминия обнаруживать токсичные молекулы NH3?». Physica E. 44 (7–8): 1357–1360. Bibcode:2012PhyE ... 44.1357A. Дои:10.1016 / j.physe.2012.02.018.
  20. ^ Taniyasu, Y .; и другие. (2006). «Светоизлучающий диод из нитрида алюминия с длиной волны 210 нанометров». Природа. 441 (7091): 325–328. Bibcode:2006Натура 441..325Т. Дои:10.1038 / природа04760. PMID  16710416. S2CID  4373542.

Цитированные источники

Соли и ковалентные производные нитрид ион
NH3
N2ЧАС4		Курицы2)11
Ли3NБыть3N2BNβ-C3N4
g-C3N4
CИксNу		N2NИксОуNF3Ne
Na3NMg3N2AlNSi3N4PN
п3N5		SИксNу
SN
S4N4		NCl3Ar
KCa3N2ScNБанкаVNCrN
Cr2N		MnИксNуFeИксNуПротивNi3NCuNZn3N2GaNGe3N4В качествеSeNBr3Kr
Руб.Sr3N2YNZrNNbNβ-Mo2NTcRURhPdNAg3NCdNГостиницаSnSbTeNI3Xe
CSБа3N2 Hf3N4TaNWNReОперационные системыIrPtAuHg3N2TlNPbBiNПоВRn
ПтРа3N2 RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvЦOg
↓
ЛаCeNPrNdВечераСмЕвропаGdNTbDyХоЭТмYbЛу
AcЧтПаООНNpПуЯвляюсьСмBkCfEsFMМкрНетLr