氮化铝具有高热导率、良好的电绝缘性、低介电常数、无毒等性能,应用前景十分广阔,特别是随着大功率和超大规模集成电路的发展,集成电路和基片间散热的重要性也越来越明显。因此,基片必须要具有高的导热率和电阻率。为满足这一要求,国内外研究学者开发出了一系列高性能的陶瓷基片材料,其中主要包括:Al2O3、BeO、AlN、BN、Si3N4、SiC,其中氮化铝是综合性能很优良的新型先进陶瓷材料,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件的理想封装材料。烧结过程是氮化铝陶瓷制备的一个重要阶段,直接影响陶瓷的显微结构如晶粒尺寸与分布、气孔率和晶界体积分数等。因此烧结技术成为制备高质量氮化铝陶瓷的关键技术。氮化铝陶瓷常用的烧结技术有无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结等。氮化铝是共价化合物,具有熔点高、自扩散系数小的特点。温州超细氮化硼商家
氮化铝粉体的合成方法:自蔓延高温合成法:该方法为铝粉的直接氮化,充分利用了铝粉直接氮化为强放热反应的特点,将铝粉于氮气中点然后,利用铝和氮气之间的高化学反应热使反应自行维持下去,合成AlN。其反应式与Al粉直接氮化法相同,即为2Al+N2→2AlN。化学气相沉积法:利用铝的挥发性化合物与氮气或氨气反应,从气相中沉淀析出氮化铝粉末;根据选择铝源的不同,分为无机物(卤化铝)和有机物(烷基铝)化学气相沉积法。该工艺存在对设备要求较高,生产效率低,采用烷基铝为原料会导致成本较高,而采用无机铝为原料则会生成腐蚀性气体,所以目前还难以进行大规模工业化生产。微米氮化硼商家由于氮化铝压电效应的特性,氮化铝晶体的外延性伸展也用於表面声学波的探测器。
氧杂质对热导率的影响:AIN极易发生水解和氧化,使氮化铝表面发生氧化,导致氧固溶入AIN晶格中形成铝空位缺陷,这样就会导致声子散射增加,平均自由程降低,热导率也随之降低。因此,为了提高热导率,加入合适的烧结助剂来除去晶格中的氧杂质是一种有效的办法。氮化铝陶瓷的烧结的关键控制要素:AlN是共价化合物,原子的自扩散系数小,键能强,导致很难烧结致密,其熔点高达3000℃以上,烧结温度更是高达1900℃以上,如此高的烧结温度严重制约了氮化铝在工业上的实际应用。此外,AlN表层的氧杂质是在高温下才开始向其晶格内部扩散的,因此低温烧结还有另外一个作用,即延缓烧结时表层的氧杂质向AlN晶格内部扩散,减少晶格内的氧杂质,因此制备高热导率的AlN陶瓷材料,低温烧结技术的研究势在必行。目前工业上,氮化铝陶瓷的烧结有多种方式,可以根据实际需求,采取不同的烧结方法来获得致密的陶瓷体,无论用什么烧结方式,细化氮化铝原始粉料以及添加适宜的低温烧结助剂能够有效降低氮化铝陶瓷的烧结温度。
氮化铝的应用:应用于衬底材料,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(Al)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。氮化铝抗熔融金属侵蚀的能力强,是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。
氮化铝陶瓷低温烧结助剂的选择:在烧结过程中通过添加一些低熔点的烧结助剂,可以在氮化铝烧结过程中产生液相,促进氮化铝胚体的致密烧结。此外,一些烧结助剂除了能够产生液相促进烧结,还能够与氮化铝晶格中的氧杂质反应,起到去除氧杂质净化晶格的作用,从而提高AlN陶瓷的热导性能。然而,烧结助剂不能盲目的添加,添加的量也要适宜,否则可能会产生不利的作用,烧结助剂会引入第二相,第二相的分布控制对热导率影响较大。经研究,在选择氮化铝陶瓷低温烧结助剂时应参照以下几点:添加剂熔点较低,能够在较低的烧结温度下形成液相,通过液相促进烧结;添加剂能够与Al2O3反应,去除氧杂质,净化AlN晶格,进而提高热导率;添加剂不与AlN反应,避免缺陷的产生;添加剂不会诱发AlN发生分解和氧化产生Al2O3和AlON,避免氮化铝陶瓷热导率急剧降低。氧化铍虽然有优良的性能,但其粉末有剧毒。东莞陶瓷氮化硼供应商
氮化铝可通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。温州超细氮化硼商家
氮化铝(AlN)综合性能相当优良,是当前具有高热传导性和出色的电绝缘特性这一有趣组合的先进陶瓷材料,这样得天独厚的优点使得业界对它的应用潜力十分看好。尽管氮化铝是当前材料科学界很炙手可热的材料之一,但其发展其实并不顺遂。尽管在1877年就已合成,但随后的100多年间其实都没什么实际应用,直到20世纪50年代,人们才成功制得氮化铝陶瓷,并作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。要发展氮化铝陶瓷,选对方向很关键。目前氮化铝陶瓷的制备工艺日趋成熟,应用范围也在不断扩大,尤其是进入21世纪后,人们对微电子技术的重视又为氮化铝材料的发展增添了不少筹码。温州超细氮化硼商家
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