氮化铝(AlN)是Ⅲ-V族氮化物中禁带宽度最大的 半导体材料 ,其直接禁带宽度为6.2eV拥有宽禁带、高 熔点 、高临界击穿场强、高热稳定性和耐 化学 腐蚀等优异性质。常用的 AIN 制备方法有物理气相传输(physical vapor transport,PVT)法、液相法、 金属有机化学 气相沉积法、MBE法等。
AIN是一种综合性能优异的先进 陶瓷材料 ,对AIN的研究工作开始于100多年前。1862年,Briegleb和Geuther首次发现了AIN,他们将Al 屑放入瓷船中,在 氮气 环境下加热2小时。冷却后,发现产物的重量明显增加,且表面呈白色,内部呈黄褐色。此外,他们还发现了材料内部存在氮。但当时仅将其用作固氮剂化肥。
性质
AlN是 原子晶体 ,属类 金刚石 氮化物 ,最高可稳定到2200℃。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。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。氮化铝还是电 绝缘体 ,介电性能良好,用作 电器元件 也很有希望。 砷化镓 表面的氮化铝 涂层 ,能保护它在 退火 时免受离子的注入。氮化铝还是由六方 氮化硼 转变为立方氮化硼的 催化剂 。室温下与水缓慢反应。可由 铝粉 在氨或氮气氛中800~1000℃合成,产物为白色到灰蓝色粉末。或由 Al2O3- C-N2体系在1600~1750℃反应合成,产物为灰白色粉末。或 氯化铝 与氨经气相反应制得。涂层可由 AlCl3- NH3体系通过气相沉积法合成。
AlN+3H2O==催化剂===Al(OH)3↓+NH3↑
历史
氮化铝于1877年首次合成。至1980年代,因氮化铝是一种陶瓷 绝缘体 (聚 晶体 物料为 70-210 W‧m−1‧K−1,而单晶体更可高达 275 W‧m−1‧K−1 ),使氮化铝有较高的 传热 能力,至使氮化铝被大量应用于 微电子学 。与 氧化铍 不同的是氮化铝无毒。氮化铝用金属处理,能取代 铝矾土 及氧化铍用于大量 电子 仪器。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。氮化铝是一种以 共价键 相连的物质,它有六角 晶体结构 ,与 硫化锌 、 纤锌矿 同形。此结构的空间组为P63mc。要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。物质在惰性的高温环境中非常稳定。
在空气中,温度高于700℃时,物质表面会发生氧化作用。在室温下,物质表面仍能探测到5-10纳米厚的 氧化物 薄膜。直至1370℃,氧化物薄膜仍可保护物质。但当温度高于1370℃时,便会发生大量氧化作用。直至980℃,氮化铝在 氢气 及 二氧化碳 中仍相当稳定。矿物酸通过侵袭粒状物质的界限使它慢慢溶解,而 强碱 则通过侵袭粒状氮化铝使它溶解。物质在水中会慢慢 水解 。氮化铝可以抵抗大部分融解的盐的侵袭,包括 氯化物 及 冰晶石 〔即六 六氟合铝酸钠 〕。
特性
(1)热导率高(约270W/m·K),接近 BeO 和 碳化硅 ,是 Al2O3 的5倍以上;
(2)热膨胀系数(4.5×10-6℃)与Si(3.5~4×10-6℃)和 GaAs (6×10-6℃)匹配;
(3)各种电性能( 介电常数 、介质损耗、体 电阻率 、介电强度)优良;
(4)机械性能好,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,可以常压 烧结 ;
(5)纯度高;
(6)光传输特性好;
(7)无毒;
(8)可采用流延工艺制作。是一种很有前途的高功率 集成电路 基片和包装材料。
主要应用
有报告指现今大部分研究都在开发一种以半导体( 氮化镓 或 合金铝 氮化 镓 )为基础且运行於 紫外线 的 发光二极管 ,而光的波长为250纳米。在2006年5月有报告指一个无效率的 二极管 可发出波长为210纳米的光波。以真空紫外线 反射率 量出单一的氮化铝 晶体 上有6.2eV的 能隙 。理论上,能隙允许一些波长为大约200纳米的波通过。但在商业上实行时,需克服不少困难。氮化铝应用於光电工程,包括在光学储存介面及 电子 基质作诱电层,在高的导热性下作 晶片 载体,以及作军事用途。
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 。而探测器则会放置於矽晶圆上。只有非常少的地方能可靠地制造这些细的薄膜。
利用氮化铝陶瓷具有较高的室温和高温强度,膨胀系数小,导热性好的特性,可以用作高温结构件 换热器 材料等。
利用氮化铝陶瓷能耐铁、铝等金属和合金的溶蚀性能,可用作Al、Cu、Ag、Pb等金属熔炼的 埚和浇铸模具材料。
计算化学数据
1.疏水参数计算参考值(XlogP):无
2. 氢键 供体数量:0
3.氢键受体数量:1
4.可旋转 化学键 数量:0
5. 互变异构体 数量:无
6.拓扑分子 极性表面积 23.8
7.重 原子 数量:2
8.表面电荷:0
9.复杂度:10
10. 同位素 原子 数量:0
11.确定 原子 立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定 化学键 立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15. 共价键 单元数量:1
编号系统
CAS号:24304-00-5
MDL号: MFC D00003429
EINECS号:246-140-8
RTECS号:暂无
BRN号:暂无
PubChem号:24854500
简介
氮化铝, 共价键 化合物,是 原子晶体 ,属类 金刚石 氮化物 、 六方晶系 , 纤锌矿 型的 晶体结构 ,无毒,呈白色或灰白色。
毒理学数据
在皮肤上:造成腐蚀性影响。刺激皮肤和粘膜。
在眼睛上:强烈的腐蚀性影响。刺激的作用。
生态学数据
对水是稍微危害的,若无政府许可,勿将材料排入周围环境。
贮存方法
干性的保护气体下处置,保持贮藏器密封。
放入紧密的贮藏器内,储存在阴凉,干燥的地方。