Нитрид алюминия

Нитрид алюминия (алюмонитрид) — бинарное неорганическое химическое соединение алюминия с азотом. Химическая формула — AlN.

История

Нитрид алюминия был впервые синтезирован в 1877 году, но только в середине 1980-х его потенциал для практического применения в микроэлектронике был осознан из-за его относительно высокой, для керамики, теплопроводности (70—210 Вт·м⁻¹·K⁻¹ для поликристаллического материала, и до 275 Вт·м⁻¹·K⁻¹ для монокристаллов). Этот материал представляет интерес как нетоксичная альтернатива оксиду бериллия. Методы металлизации позволяют применять данное вещество в электронике вместо глинозёма и оксида бериллия.

Физические свойства

Нитрид алюминия — (главным образом) материал с ковалентными связями, имеющий гексагональную кристаллическую структуру, известную как вюрцит. Кристаллографическая группа для этой структуры —  C_6v⁴ − P6₃mc.

Химические свойства

Белый порошок или водянисто-белые прозрачные кристаллы. Медленно растворяется в горячих минеральных кислотах. Холодные НCl, H₂SО₄, HNO₃ и царская водка действуют слабо, холодная HF не действует. Концентрированные горячие растворы щелочей разлагают с выделением NH₃. Материал устойчив к очень высоким температурам в инертных атмосферах. На воздухе поверхностное окисление происходит выше 700 °C, и при комнатной температуре были обнаружены поверхностные окисленные слои толщиной 5—10 нм. Этот окисный слой защищает материал до 1370 °C. Выше этой температуры происходит объёмное окисление материала. Нитрид алюминия устойчив в атмосферах водорода и углекислого газа до 980 °C. Материал медленно распадается в неорганических кислотах при контакте жидкости с границами зёрен, как и в случае с сильными щелочами. Материал медленно гидролизуется в воде.

Применение

• Производство светодиодов (полупроводник с шириной запрещённой зоны 6 эВ);
• Материалы из нановолокна;
• Материал для высокотеплопроводной керамики (вместо оксида бериллия) — подложки для производства высокочастотных резисторов, корпуса электронных схем.

Получение

Получается восстановлением Аl₂O₃ углем в атмосфере азота:

 Al₂O₃ + 3 C + N₂  →^{1600−1800∘C}   2 AlN + 3 CO ↑

Также Нитрид алюминия можно получить с помощью азотирования (без доступа кислорода) алюминиевой пудры:

 N₂ + 2 Al  →^{800−1200∘C}   2 AlN

При пропускании через алюминий аммиака при нагревании:

 2 Al + 2 NH₃  →^t>600∘C   2 AlN + 3 H₂ ↑