Loading AI tools
composto químico Da Wikipédia, a enciclopédia livre
O nitreto de alumínio é um composto químico de fórmula AlN. Possui alta condutividade térmica, resistência mecânica e estabilidade estrutural, mesmo em altas temperaturas. É utilizado como cerâmica semicondutora em dispositivos eletrônicos.
Nitreto de alumínio Alerta sobre risco à saúde[1] | |
---|---|
Identificadores | |
Número CAS | |
Propriedades | |
Fórmula molecular | AlN |
Massa molar | 40.988 g mol-1 |
Aparência | sólido cristalino, branco azulado |
Densidade | 3260 kg m-3 |
Ponto de fusão |
2200 °C |
Ponto de ebulição |
2517 °C |
Condutividade térmica | 140–180 W m-1 K-1 |
Termoquímica | |
Capacidade calorífica molar Cp 298 |
740 J Kg-1 K-1 |
Compostos relacionados | |
Outros aniões/ânions | Fosfeto de alumínio Óxido de alumínio Carbeto de alumínio |
Outros catiões/cátions | Nitreto de boro Nitreto de gálio Nitreto de magnésio Nitreto de silício |
Página de dados suplementares | |
Estrutura e propriedades | n, εr, etc. |
Dados termodinâmicos | Phase behaviour Solid, liquid, gas |
Dados espectrais | UV, IV, RMN, EM |
Exceto onde denotado, os dados referem-se a materiais sob condições normais de temperatura e pressão Referências e avisos gerais sobre esta caixa. Alerta sobre risco à saúde. |
O nitreto de alumínio, AlN, é um material com excelentes propriedades mecânicas, térmicas, ópticas e eletrônicas e por isso apresentam um enorme potencial em diversas aplicações tecnológicas. Um exemplo disso é a alta velocidade de propagação de onda superficial, as excelentes propriedades piezelétricas, o excelente coeficiente de acoplamento eletromecânico, alta dureza, alto ponto de fusão e associado à estabilidade química a altas temperaturas (acima de 2000 ºC). Essas combinações excepcionais fazem do AlN um candidato atraente a ser aplicado em sensores de temperatura e pressão baseados em ondas acústicas superficiais, por exemplo. [2] [3]
O AlN pode ser usado como um substrato cerâmico para a elaboração de microcircuitos, principalmente na área aeroespacial, pois possui excelentes propriedades térmicas, como a dissipação térmica. O AlN também é aplicado nas janelas de transmissão de luz e nos dispositivos de emissão na região UV devido ao seu alto valor da largura de banda (~6,2 eV).[4]
O nitreto de alumínio (AlN) é formado pela reação dos elementos de nitrogênio e alumínio. A estrutura do AlN é normalmente hexagonal fechada (hcp) do tipo wurtzita (2H) (hP4). O AlN com tal estrutura apresenta o maior coeficiente piezoelétrico (5 ∙ 10-2 CºN-1) entre os nitretos do grupo IIIA, tornando-o apropriado para aplicações como em microeletrônica. O AlN possui estrutura cristalográfica isomorfa e com alta resistividade (~1013 Ω∙cm).[5]
A figura da Wurtzite mostra a ligação atômica do AlN, onde o átomo de alumínio é ligado a quatro átomos de nitrogênio em um arranjo tetraédrico quatro vezes coordenado (sp3). O alumínio tem menor eletronegatividade do que o nitrogênio. No entanto, o elemento de nitrogênio tem o menor raio atômico. O nitreto de alumínio é excelente isolante elétrico porque seus elétrons estão fortemente ligados ao núcleo e não estão disponíveis para ligação metálica. [6]
O nitreto de alumínio pode ser encontrado em três formas: Wurtzita é a forma mais comum, porque pode ser encontrada em temperatura ambiente. Ambas as outras formas são as fases metaestáveis: a forma Zincblende é mais freqüentemente obtida quando o crescimento em Si (001) e GaAs (100) a granel, e a outra forma é a cúbica, conhecida como Rocksalt, que foram encontrados apenas em experimentos com alta pressão. A orientação de crescimento preferencial do Wurtzite está no eixo c. [7]
A ionicidade da ligação atômica é um parâmetro significante para obter informações sobre a estrutura cristalina do AlN. A ionicidade pode ser definida de acordo com a relação da equação abaixo, que é uma fração do iônico fiα em comparação com o covalente fih. A ionicidade do nitreto dos principais semicondutores é citada na Tabela 1.[9]
Material | fi | fiP | fih |
BN | 0,221 | 0,42 | 0,43 |
AlN | 0,490 | 0,56 | 0,57 |
GaN | 0,500 | 0,55 | 0,61 |
InN | 0,578 | - | - |
A ionicidade Phillips é baseada na conexão entre as propriedades de ligação química da família ANB8-N de cristais e sua estrutura eletrônica de banda de energia. Analisando a energia iônica e covalente, Phillips encontrou uma correlação entre a ionicidade da ligação química e a estrutura cristalina adotada pelo composto que para valores reduzidos de (fi), consequentemente tem alta fc e então apresenta estrutura tetraédrica com coordenada zinco -blend (zb). A estrutura Wurtzita é obtida quando os valores de fi são altos. De acordo com Phillips[10] a ligação química observada presente nos semicondutores e a estabilização da estrutura do material entre a mistura de zinco e a wurtzita são o resultado do equilíbrio entre a ionicidade e a ligação química covalente.[10]
O grupo de simetria do material é definido pela distância entre átomos na rede cristalina e o arranjo na estrutura e com isso é possível explicar as propriedades físicas e químicas de um material. Para definir a simetria de uma estrutura hexagonal é necessário definir os parâmetros de rede do AlN, a = 0,3112 nm e c = 0,4982 nm. A constante de rede e a simetria estão expostas na tabela abaixo.
Material | Estrutura | Simetria | a (Å) | c (Å) |
c-BN | zb | F_43m(Td) | 3,6155 | - |
h-BN | h | P63/mmc(D6h) | 2,5040 | 6,6612 |
w-AlN | w | P63mm(C6v) | 3,112 | 4,982 |
c-AlN | zb | F_43m(Td) | 4,38 | - |
α-GaN | w | P63mc(C6v) | 3,1896 | 5,1855 |
β-GaN | zb | F_43m(Td) | 4,52 | - |
InN | W | P63mc(C6v) | 3,5848 | 5,760 |
Outro parâmetro que depende dos átomos dispostos na estrutura é o plano de clivagem, esta propriedade é mostrada na Tabela abaixo.
Diamante | (111) |
Blende | (110) |
Wurtzita | (110), (110) |
Cúbica | (100) |
Embora o AlN possua propriedades mecânicas significativas acima mencionadas, sua dureza (Dureza Vickers) é de 12 GPa, o módulo de elasticidade é de 315 GPa e a resistência à flexão está entre 590 - 970 MPa. Além disso, o nitreto de alumínio é capaz de se deformar plasticamente em alguns graus acima do dúctil a frágil. Além dessas propriedades mecânicas, o AlN possui alta temperatura e resistência à corrosão.
As propriedades térmicas dos nitretos monocristais são baseadas no alto ponto de fusão (> 2000 ºC), porém o nitreto de alumínio é um material de difícil reprodução de crescimento dos monocristais. Assim, o ponto de fusão do AlN pode ser obtido com base nos parâmetros de rede usando a Equação 2. As propriedades térmicas básicas, como a temperatura de fusão, o calor específico e a temperatura de Debye de alguns nitretos semicondutores são mostradas na Tabela 4.[11]
sendo
a = parâmetro de rede para estruturas blend e cúbicas
a = aeef, aeef = para haxagonal
O AlN possui estabilidade térmica de até 2200 ºC, condutividade térmica de cerca de 320 W / mK e boa capacidade de metalização. [5] Apenas para comparação, a condutividade térmica do SiO2 é de 1,38 W / mK. Esta característica permite uma melhor dissipação de calor no dispositivo em que é aplicada, aumentando a eficiência e, consequentemente, a vida útil do dispositivo.[11]
Material | Tm (K) | Cp (J/gk) | ΘD (K) |
c-BN | 3,246 | 0,643 | 1,613 |
h-BN | - | 0,805 | 323 |
w-AlN | 3,487 | 0,28 | 988 |
α-GaN | 2,791 | 0,42 | 821 |
InN | 2,146 | 2,274 | 674 |
Devido a estas propriedades térmicas, o nitreto de alumínio é o material mais apropriado para ser aplicado em dispositivos eletrônicos que exigem demanda de alta potência. A condutividade térmica de alguns nitretos é apresentada na Tabela de Condutividade.
Material | Tm (K) |
Si | 148 |
GaAs | 54 |
InP | 68 |
c-BN | 749 |
GaN | 130 |
w-AlN | 285 |
w-InN | 38,5; 45; 80; 176 |
6H-SiC | 390; 490 |
4H-SiC | 330 |
Safira | 42 |
Diamond | 2000; 2500 |
A metodologia para preparar amostras precisa de atenção porque pode interferir nas propriedades do material, como propriedades ópticas e elétricas, normalmente as impurezas encontradas são: O, Al2O3, Al2OC. As impurezas fazem com que propriedades elétricas como a resistividade variar em uma faixa muito grande de 1011 a 1013 Ω.cm. O AlN também possui uma das mais altas velocidades de ondas acústicas de superfície (SAW) (aproximadamente 5500 m/s), tornando-se um material atraente para a aplicação de circuitos integrados Si e na fabricação de dispositivos SAW.[11]
O efeito de impurezas no material também produz uma forte mudança na resistência dielétrica que varia de 1 a 6 MV / cm.[13][14]Normalmente, o valor típico do bandgap correspondente aos títulos Al-N é em torno de 670 cm-1 e pode ser diminuído com o recozimento pós-processamento, devido ao estreitamento da largura da banda vibracional que contribui para uma melhoria na cristalinidade do filme.[15] Os valores típicos de bandgap (~6,2 eV) também são afetados pela presença das impurezas no filme depositado. [16]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.