Нитрид алюминия

Запрос «AlN» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Нитрид алюминия
__ Al3+     __ N3−
Общие
Систематическое наименование	нитрид алюминия
Химическая формула	AlN
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	порошок от белого до светло-жёлтого цвета
Молярная масса	40,9882 г/моль
Плотность	3,260 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	2200 °C
Температура кипения	2517 °C
Удельная теплоёмкость (ст. усл.)	740 Дж/(кг·К)
Теплопроводность (ст. усл.)	285 Вт/(м·K)
Химические свойства
Растворимость в воде	разлагается
Оптические свойства
Показатель преломления	1,9–2,2
Структура
Координационная геометрия	тетраэдральная
Кристаллическая структура	типа вюрцита
Классификация
Рег. номер CAS	24304-00-5

Нитри́д алюми́ния (алюмонитри́д) — 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 теплопроводности для изоляции керамики (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 находить применение в электронике данному веществу вместо глинозёма и оксида бериллия.

Химические свойства

Нитрид алюминия — (главным образом) материал с ковалентными связями, имеющий гексагональную кристаллическую структуру, которая является аналогом структуры сульфида цинка, известной как вюрцит. Кристаллографическая группа для этой структуры — $~\mathsf{C_{6v}^4-P6_3mc}$. 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 распадается медленно в неорганических кислотах при контакте жидкости с границами зёрен, как и в случае с сильными щелочами. Материал гидролизуется медленно в воде.

Физические 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.

Применение

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

Получение

Получается восстановлением Аl₂О₃ углем в атмосфере азота:

$~\mathsf{Al_2O_3+3C+N_2 \ \xrightarrow{1600-1800^\circ C} \ 2AlN + 3CO\uparrow}$

Также нитрид алюминия можно получить с помощью азотирования алюминиевой пудры:

$~\mathsf{N_2+2Al \ \xrightarrow{800-1200^\circ C} \ 2AlN}$

Пропустив через алюминий аммиак, получим водород и, в виде осадка, нитрид алюминия:

$~\mathsf{2Al+2NH_3 \ \xrightarrow{>660^\circ C} \ 2AlN+3H_2\uparrow}$

Ссылки

• Библиография 1995—1996 годов. Исследования применений нитрида алюминия