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摘要

      氮化铝是宽直接带隙化合物半导体材料。高温强度高、导热性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性强、介电性能好等特点使氮化铝作为抗冲击材料、坩埚材料、导电材料广泛应用于各个领域。综述了氮化铝粉末的生产方法及其在不同领域的应用。

介绍

      氮化铝是一种陶瓷绝缘体，第三代半导体材料。氮化铝在室温下的带隙为6.42eV，热膨胀系数为4.5×10-6°C；最大稳定到2200°C。.本文介绍了基于氮化铝粉末生产方法的氮化铝的基本特性及其在各个领域的应用。

氮化铝的基本结构和性能

      氮化铝和其他材料的比较如表1所示。与其他材料相比，可以看出氮化铝的熔点更高，导热系数更大，带隙更宽。这些特性是由特殊氮化铝的内部结构造成的。

      氮化铝通过共价键连接。图1显示了氮化铝的晶体结构。它具有六方晶体结构，与硫化锌和硫化锌矿石相同。氮化铝空间群为P63mc 。它的空间结构led氮化铝具有很高的热稳定性，因此它应该在压制和焊接之前生产工业级材料。

表1 预测器变量的高低设置

图1 氮化铝的晶体结构

氮化铝的制备方法

      直接氮化法--氮化铝作为最早的方法:在800°C ~ 1200°C的高温氮气气氛中，铝粉和氮化铝粉末直接生成氮化合物。

      碳热还原--碳热还原是指反应通过还原金属铝和氮在高温下发生。

      自蔓延高温合成--自蔓延高温合成起源于俄罗斯，该方法是利用外部热源，通过铝和氮之间的高化学反应热，在高压氮气中点燃铝粉，从而保持反应，直到铝完全转化为氮化铝。

氮化铝的应用

      氮化铝具有宽的带隙宽度、稳定的晶体结构、良好的介电特性等，因此得到了广泛的应用.高纯氮化铝粉末是制造高导热氮化铝陶瓷基板的主要原料。

      这种氮化铝陶瓷基板，导热性高、膨胀系数低、强度高、耐高温、耐化学性好、电阻率高、介电损耗低，是理想的大规模集成电路散热板和封装材料。氮化铝具有高硬度的特性，是新型耐磨陶瓷材料，可用于磨损严重的零件。利用氮化铝陶瓷的热熔抗侵蚀性和抗热震性可制成GaAs晶体坩埚、铝蒸发皿、MHD发电设备腐蚀和高温涡轮部件。利用其光学特性可以用于红外窗口。氮化铝膜可以制成高频压电元件、超大规模集成电路衬底等氮化铝无毒，其性能更好的金属化陶瓷可以替代有毒的氧化敏感瓷被广泛应用于电子行业。

总结与展望

      虽然氮化铝在各个领域都有过优异的性能，但距离规模化、普遍化发展还有很长的距离，主要有两个原因。

      在高纯氧化铝的制备中，由于制造工艺的限制，难以合成生长周期短、高精度、低成本、大规模的氮化铝粉末。这使得氮化铝的价格瓶颈昂贵，甚至在它的应用方面研究较多，但限制了氮化铝的加工大规模使用。合成优质氮化硅将是未来技术发展的一个趋势方向。

      氮化铝的氧化暴露在空气中会增加氮化铝的氧含量，因此在生产氮化铝粉末时有必要对其进行表面改性。

      我们需要抓住时代的脉搏，通过科技进步不断完善氮化铝的加工工艺，拓展氮化铝的应用水平。

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