Нитрид алюминия

Нитрид алюминия был впервые синтезирован в 1877 году, но только в середине 1980-х его важность для практического применения в микроэлектронике был оценен из-за его относительно высокой для керамических материалов 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 соединение в электронике вместо глинозёма и оксида бериллия.

Нитрид алюминия — материал с ковалентными связями, имеющий гексагональную кристаллическую структуру типа вюрцита. Кристаллографическая группа для этой структуры — ${\displaystyle {\mathsf {C_{6v}^{4}-P6_{3}mc}}}$.

Белый порошок или бесцветные 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. Вещество устойчиво к 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 оксида алюминия защищает от окисления до 1370 °C. Выше этой температуры происходит объёмное окисление материала.

Нитрид алюминия устойчив в атмосферах водорода и углекислого газа до 980 °C. Вещество медленно реагирует с неорганическими кислотами на границах кристаллических зёрен, также с сильными щелочами. Медленно гидролизуется в воде.

Относится к классу неоксидной керамики.

• Производство светодиодов (полупроводник с шириной запрещённой зоны 6 эВ).
• Материалы из нановолокна.
• Материал для керамики с высокой теплопроводностью (вместо токсичного оксида бериллия) — для подложек полупроводниковых компонентов.

Восстановлением Аl₂О₃ углем в атмосфере азота:

${\displaystyle {\mathsf {Al_{2}O_{3}+3C+N_{2}\ \xrightarrow {1600-1800^{\circ }C} \ 2AlN+3CO\!\uparrow }}.}$

Также нитрид алюминия можно получить с помощью азотирования (без доступа кислорода) с порошком алюминия:

${\displaystyle {\mathsf {N_{2}+2Al\ {\xrightarrow {800-1200^{\circ }C}}\ 2AlN}}}$

Пропусканием через расплавленный алюминий аммиак:

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2NH_{3}\ {\xrightarrow {t>600^{\circ }C}}\ 2AlN+3H_{2}\!\uparrow }}}$

• Библиография 1995—1996 годов. Исследования применений нитрида алюминия