Nitrid hliníku - Aluminium nitride

Zkratku se třemi písmeny viz ALN (disambiguation).
Nitrid hliníku
Prášek nitridu hlinitého
Wurtzite polyhedra.png
Jména
Ostatní jména
Nitrid hliníku
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.041.931 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 246-140-8
13611
Číslo RTECS
  • BD1055000
UNII
Vlastnosti
AlN
Molární hmotnost40,989 g / mol[1]
Vzhledbílá až světle žlutá pevná látka
Hustota3,255 g / cm3[1]
Bod tání 2 500 ° C (4 530 ° F; 2 770 K)[6]
hydrolyzy (prášek), nerozpustné (monokrystalické)
Rozpustnostnerozpustný, předmět hydrolýzy ve vodných roztocích bází a kyselin [2]
Mezera v pásmu6,015 eV[3][4] (Přímo )
Elektronová mobilita~ 300 cm2/ (V · s)
Tepelná vodivost321 W / (m · K)[5]
Struktura[7]
Wurtzite
C6v4-P63mc, Č. 186, hP4
A = 0,31117 nm, C = 0,49788 nm
2
Čtyřboká
Termochemie[8]
30,1 J / (mol · K)
20,2 J / (mol · K)
-318,0 kJ / mol
-287,0 kJ / mol
Nebezpečí
Piktogramy GHSGHS07: Zdraví škodlivýGHS08: Nebezpečí pro zdravíGHS09: Nebezpečnost pro životní prostředí
Signální slovo GHSVarování
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 (ohnivý diamant)
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Nitrid hliníku (AlN ) je pevná látka nitrid z hliník. Má vysokou tepelná vodivost až 321 W / (m · K),[5] a je elektrickým izolátorem. Své wurtzite fáze (w-AlN) má a mezera v pásmu ~ 6 eV při pokojové teplotě a má potenciální použití v optoelektronika působící v hluboké ultrafialové frekvence.

Historie a fyzikální vlastnosti

AlN byl poprvé syntetizován v roce 1877.

AlN, v čistém (nedopovaném) stavu má elektrická vodivost z 10−11-10−13 Ω−1⋅cm−1, stoupající na 10−5-10−6 Ω−1⋅cm−1 když dopovaný.[9] Elektrické poruchy vyskytuje se na poli 1,2–1,8×105 V / mm (dielektrická pevnost ).[9]

Předpokládá se, že se může projevit fáze kubické směsi zinku AlN (zb-AlN) supravodivost při vysokých tlacích.[10]

AlN má vysokou tepelná vodivost, vysoce kvalitní monokrystal AlN pěstovaný na MOCVD má vnitřní tepelnou vodivost 321 W / (m · K), což odpovídá výpočtu prvního principu. [5] Pro elektricky izolační keramický, je 70–210 W / (m · K) pro polykrystalický materiál a až 285 W / (m · K) pro jednotlivé krystaly).[9]

Stabilita a chemické vlastnosti

Nitrid hliníku je stabilní při vysokých teplotách v inertní atmosféře a taje kolem 2200 ° C. Ve vakuu se AlN rozkládá při ~ 1800 ° C. Ve vzduchu dochází k povrchové oxidaci nad 700 ° C a dokonce při pokojové teplotě byly detekovány povrchové oxidové vrstvy o tloušťce 5–10 nm. Tato oxidová vrstva chrání materiál až do 1370 ° C. Nad touto teplotou dochází k hromadné oxidaci. Nitrid hliníku je stabilní v atmosféře vodíku a oxidu uhličitého až do 980 ° C.[11]

Materiál se pomalu rozpouští dovnitř minerální kyseliny přes útok na hranici obilí a silně zásady útokem na zrna nitridu hliníku. Materiál pomalu hydrolyzuje ve vodě. Nitrid hliníku je odolný vůči napadení většinou roztavených solí, včetně chloridy a kryolit.[Citace je zapotřebí ]

Nitrid hliníku lze vzorovat pomocí Cl2-na základě reaktivní iontové leptání.[12][13]

Výroba

AlN je syntetizován karbotermální redukce z oxid hlinitý v přítomnosti plynného dusíku nebo amoniaku nebo přímou nitridací hliníku. Použití slinování pomůcky, jako je Y2Ó3 nebo CaO a pro výrobu hustého technického materiálu je zapotřebí lisování za tepla.

Aplikace

Epitaxiálně dospělý tenký film krystalický nitrid hlinitý se používá pro povrchová akustická vlna senzory (SAW) uložené na křemíku oplatky kvůli AlN piezoelektrický vlastnosti. Jedna aplikace je RF filtr který je široce používán v mobilních telefonech,[14] který se nazývá a tenkovrstvý objemový akustický rezonátor (FBAR). Tohle je MEMS zařízení, které používá nitrid hliníku vložený mezi dvě kovové vrstvy.[15]

AlN se také používá k výrobě piezoelektrických mikroobráběcích ultrazvukových měničů, které emitují a přijímají ultrazvuk a které lze použít k vyhledávání vzdálenosti ve vzduchu na vzdálenosti až metr.[16][17]

K dispozici jsou metalizační metody, které umožňují použití AlN v elektronických aplikacích podobných těm z oxidu hlinitého a oxidu hlinitého oxid berylnatý. AlN nanotrubice jako anorganické kvazi-jednorozměrné nanotrubice, které jsou izoelektronické s uhlíkovými nanotrubičkami, byly navrženy jako chemické senzory toxických plynů.[18][19]

V současné době probíhá rozsáhlý výzkum v oblasti vývoje diody vyzařující světlo pracovat v ultrafialovém záření pomocí nitrid gália polovodiče na bázi a za použití slitiny nitrid hlinitý galium, bylo dosaženo vlnových délek pouhých 250 nm. V roce 2006 neefektivní AlN VEDENÝ byla hlášena emise při 210 nm.[20]

Mezi aplikace AlN patří

  • optoelektronika,
  • dielektrické vrstvy v optických paměťových médiích,
  • elektronické substráty, nosiče třísek, kde je nezbytná vysoká tepelná vodivost,
  • vojenské aplikace,
  • jako kelímek pěstovat krystaly galium arsenid,
  • ocel a polovodič výrobní.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Haynes, str. 4.45
  2. ^ Fukumoto, S .; Hookabe, T .; Tsubakino, H. (2010). "Chování hydrolýzy nitridu hlinitého v různých řešeních". J. Mat. Věda. 35 (11): 2743–2748. doi:10.1023 / A: 1004718329003. S2CID  91552821.
  3. ^ Haynes, str. 12,85
  4. ^ Feneberg, M .; Leute, R. A. R .; Neuschl, B .; Thonke, K .; Bickermann, M. (2010). Phys. Rev. B. 82 (7): 075208. Bibcode:2010PhRvB..82g5208F. doi:10.1103 / physrevb.82.075208.CS1 maint: periodikum bez názvu (odkaz)
  5. ^ A b C Cheng, Zhe; Koh, Yee Rui; Mamun, Abdullah; Shi, Jingjing; Bai, Tingyu; Huynh, Kenny; Yates, Luke; Liu, Zeyu; Li, Ruiyang; Lee, Eungkyu; Liao, Michael E .; Wang, Yekan; Yu, Hsuan Ming; Kushimoto, Maki; Luo, Tengfei; Goorsky, Mark S .; Hopkins, Patrick E .; Amano, Hiroshi; Khan, Asif; Graham, Samuel (2020). „Experimentální pozorování vysoké vnitřní tepelné vodivosti AlN“. Materiály pro fyzickou kontrolu. 4 (4): 044602. arXiv:1911.01595. doi:10.1103 / PhysRevMaterials. 4.044602. S2CID  207780348. Citováno 2020-04-03.
  6. ^ Haynes, str. 12,80
  7. ^ Vandamme, Nobuko S .; Richard, Sarah M .; Winzer, Stephen R. (1989). „Sintrování nitridu hlinitého v kapalné fázi nitridem oxidu evropného“. Journal of the American Ceramic Society. 72 (8): 1409–1414. doi:10.1111 / j.1151-2916.1989.tb07662.x.
  8. ^ Haynes, str. 5.4
  9. ^ A b C "AlN - nitrid hliníku". Databáze Ioffe. Sankt-Peterburg: FTI im. A. F. Ioffe, RAN. Citováno 2014-01-01.
  10. ^ Dancy, G. Selva; Sheeba, V. Benaline; Louis, C. Nirmala; Amalraj, A. (2015-09-30). "Supravodivost ve skupině III-V polovodičů AlN pod vysokým tlakem". Orbital - elektronický žurnál chemie. Instituto de Quimica - Univ. Federal do Mato Grosso do Sul. 7 (3). doi:10.17807 / orbital.v7i3.628. ISSN  1984-6428.
  11. ^ Berger, L. I. (1997). Polovodičové materiály. CRC Press. str.123 –124. ISBN  978-0-8493-8912-2.
  12. ^ Chih-ming Lin; Ting-ta Yen; Yun-ju Lai; Felmetsger, V.V .; Hopcroft, M. A.; Kuypers, J.H .; Pisano, A.P. (březen 2010). "Tepelně kompenzované jehněčí vlnové rezonátory z nitridu hliníku". Transakce IEEE v oblasti ultrazvuku, feroelektriky a řízení frekvence. 57 (3): 524–532. doi:10.1109 / TUFFC.2010.1443. PMID  20211766. S2CID  20028149.
  13. ^ Xiong, Chi; Pernice, Wolfram H. P .; Sun, Xiankai; Schuck, Carsten; Fong, král Y .; Tang, Hong X. (2012). „Nitrid hliníku jako nový materiál pro optomechaniku třísek a nelineární optiku“. New Journal of Physics. 14 (9): 095014. arXiv:1210.0975. Bibcode:2012NJPh ... 14i5014X. doi:10.1088/1367-2630/14/9/095014. ISSN  1367-2630. S2CID  118571039.
  14. ^ Tsuruoka, Doug (2014-03-17). „Objednávky filtru mobilních telefonů Apple, Samsung zvyšují Avago“. news.investors.com.
  15. ^ „ACPF-7001: Agilent Technologies oznamuje filtr FBAR pro mobilní telefony a datové karty s pásmem PCS v USA“. wirelessZONE. EN-Genius Network Ltd. 2002-05-27. Citováno 2008-10-18.
  16. ^ „Gesturní rozhraní pro chytré hodinky“.
  17. ^ Przybyla, R .; al, et (2014). „3D ultrazvukové rozpoznávání gest“. Mezinárodní konference obvodů v pevné fázi. San Francisco. 210–211.
  18. ^ Ahmadi, A; Hadipour, NL; Kamfiroozi, M; Bagheri, Z (2012). "Teoretická studie nanotrubiček nitridu hlinitého pro chemické snímání formaldehydu". Senzory a akční členy B: Chemické. 161 (1): 1025–1029. doi:10.1016 / j.snb.2011.12.001.
  19. ^ Ahmadi Peyghan, A; Omidvar, A; Hadipour, NL; Bagheri, Z; Kamfiroozi, M (2012). „Mohou nanotrubičky nitridu hliníku detekovat toxické molekuly NH3?“. Physica E. 44 (7–8): 1357–1360. Bibcode:2012PhyE ... 44.1357A. doi:10.1016 / j.physe.2012.02.018.
  20. ^ Taniyasu, Y .; et al. (2006). „Diody emitující nitrid hliníku s vlnovou délkou 210 nanometrů“. Příroda. 441 (7091): 325–328. Bibcode:2006 Natur.441..325T. doi:10.1038 / nature04760. PMID  16710416. S2CID  4373542.

Citované zdroje

Soli a kovalentní deriváty nitrid ion
NH3
N2H4		Slepice2)11
Li3NBýt3N2BNβ-C3N4
g-C3N4
CXNy		N2NXÓyNF3Ne
Na3NMg3N2AlNSi3N4PN
P3N5		SXNy
SN
S4N4		NCl3Ar
K.Ca.3N2ScNCínVNCrN
Cr2N		MnXNyFeXNyOšiditNi3NCuNZn3N2GaNGe3N4Tak jakoSeNBr3Kr
RbSr3N2YNZrNNbNβ-Mo2NTcRuRhPdNAg3NCdNHospodaSnSbTeNI3Xe
ČsBa3N2 Hf3N4OpáleníWNReOsIrPtAuHg3N2TlNPbZásobníkPoNaRn
Fr.Ra3N2 RfDbSgBhHsMt.DsRgCnNhFlMcLvTsOg
↓
Los AngelesCeNPrNdOdpoledneSmEuGdNTbDyHoErTmYbLu
AcČtPaOSNNpPuDopoledneCmBkSrovEsFmMdNeLr