Warum ist hochreines Aluminiumnitrid (AlN) so wichtig?

Aluminiumnitrid (AlN) Die Leistung hängt entscheidend von der Reinheit ab, insbesondere vom Gehalt an Sauerstoff (O), Kohlenstoff (C) und Metallverunreinigungen (Fe, Na usw.).

Sauerstoffverunreinigungen → Bilden Al₂O₃- oder AlON-Phasen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit deutlich reduziert wird (jede 1%ige Erhöhung des Sauerstoffgehalts verringert die Wärmeleitfähigkeit um 10–20 W/(m·K)).

Metallverunreinigungen → Verschlechtern die Trägerbeweglichkeit in Halbleiterbauelementen und verringern so die Leistung.

Kohlenstoffverunreinigungen → Erzeugen bei hohen Temperaturen Al₄C₃, was zu einer Versprödung des Materials führt.

Derzeit hat kommerzielles AlN-Pulver typischerweise eine Reinheit von 99,5%-99,9% (Sauerstoffgehalt >0,5%), während High-End-Anwendungen (z. B. Halbleitersubstrate) einen Sauerstoffgehalt erfordern <0,1 %, sogar <100 ppm.

Wie erhält man hochreines Aluminiumnitrid?

1. AlN-Pulverreinigungstechniken

①Oberflächenmodifizierung (H₃PO₄-Behandlung)

Phosphorsäure (H₃PO₄) bildet eine Schutzschicht auf AlN und hemmt die Hydrolyse (reduziert die Al₂O₃-Bildung).

Vorteil: Einfache Bedienung, geeignet für die industrielle Produktion.

Einschränkung: Sauerstoffverunreinigungen im Kristallgitter können nicht entfernt werden.

②Hochtemperatur-Wärmebehandlung (2000-2200°C)

Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre (H₂/N₂) zur Verflüchtigung von Verunreinigungen.

Ergebnis: Der Sauerstoffgehalt kann auf 220 ppm reduziert werden, Metallverunreinigungen <1 ppm.

Herausforderung: Erfordert moderne Ausrüstung (Wolframtiegel), AlN-Sublimationsverlust (~0,5–1 %/h bei 2200 °C).

2. AlN-Keramik-Reinigungstechniken

①NH₄F Sinteradditiv

NH₄F zersetzt sich in NH₃ und HF und reagiert mit Al₂O₃ zu flüchtigen Nebenprodukten (z. B. AlF₃), wodurch der Sauerstoffgehalt reduziert wird.

Vorteil: Es werden keine neuen Verunreinigungen eingeführt, die Reinheit der Keramik wird verbessert.

②Hochtemperaturglühen

Wärmebehandlung bei 1800–1900 °C zur Verflüchtigung von Korngrenzenphasen, Optimierung der Mikrostruktur und Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit.

Zukünftige Trends: Höhere Reinheit, geringere Kosten

Fortschrittliche Reinigungsmethoden: Plasmaunterstützte Reinigung, Lösungsmittelextraktion, CVD (Chemical Vapor Deposition) für ultrareine AlN-Filme.

Skalierbare Produktion: Optimierte Hochtemperaturprozesse zur Reduzierung von AlN-Verlusten und -Kosten.

Verbundwerkstoffe: AlN-Graphen, AlN-SiC-Hybrid-Wärmematerialien für verbesserte Leistung.

Fazit: Aluminiumnitrid – Das Kernmaterial für Zukunftstechnologien

Mit dem rasanten Wachstum von 5G, Elektrofahrzeugen, Tief-UV-LEDs und Luft- und Raumfahrttechnologien wird die Nachfrage nach hochreinem AlN stark steigen. Dank fortschrittlicher Reinigungs- und Sinterverfahren wird AlN eine zentrale Rolle spielen in:

① Halbleiterbauelemente (GaN-auf-AlN, Leistungselektronik)

② Hochleistungs-HF- und 5G-Basisstationen

③EV-Leistungsmodule und Wärmemanagement

④Tief-UV-LED-Substrate (UVC-Desinfektion)

⑤Luftfahrt und Anwendungen in extremen Umgebungen

Über Xiamen Juci Technology

Xiamen Juci Technology Co., Ltd. ist ein High-Tech-Unternehmen, spezialisiert auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Hochleistungs Aluminiumnitrid (AlN)-Keramik Materialien. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, hochwärmeleitfähige und hochreine Aluminiumnitrid-Keramiklösungen für Bereiche wie 5G-Kommunikation, Halbleiterverpackungen, Leistungselektronik, Fahrzeuge mit alternativer Energie und Luft- und Raumfahrt anzubieten. Wir bieten AlN-Substrate, Strukturkomponenten und Funktionsgeräte unterschiedlicher Spezifikationen gemäß Kundenwunsch.

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