Aluminiumnitrid - Aluminium nitride

Aluminiumnitrid
Namen
	Andere Namen Aluminiumnitrid
Bezeichner
CAS-Nummer
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA-InfoCard	100.041.931
EG-Nummer
Gmelin-Referenz	13611
PubChem- CID
RTECS-Nummer
UNII
CompTox-Dashboard ( EPA )
	InChI InChI=1S/Al.N Schlüssel: PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/Al.N/rAlN/c1-2 Schlüssel: PIGFYZPCRLYGLF-PXKYIXAJAH ;
	LÄCHELN [AlH2-]1[N+]47[AlH-]2[N+][AlH-]3[N+]8([AlH2-][NH+]([AlH2-]4)[AlH2-]6)[AlH- ]4[N+][AlH-]5[N+]6([AlH2-]6)[Al-]78[N+]78[AlH-]([NH+]69)[NH+]5[AlH2-][NH+ ]4[AlH-]7[NH+]3[AlH2-][NH+]2[AlH-]8[NH+]1[AlH2-]9; [AlH2-]1[NH+]([AlH2-]6)[AlH2-][NH+]7[AlH-]2[N+][Al-]3([N+][AlH-]9[N+]5) [N+]18[Al-]45[N+][AlH-]5[NH+]6[Al-]78[N+]78[AlH2-][NH+]5[AlH2-][N+]4([AlH2- ][NH+]9[AlH2-]4)[AlH-]7[N+]34[AlH2-][NH+]2[AlH2-]8;
Eigenschaften
Chemische Formel	Al N
Molmasse	40,989 g/mol
Aussehen	weißer bis blassgelber Feststoff
Dichte	3,255 g / cm 3
Schmelzpunkt	2.500 °C (4.530 °F; 2.770 K)
Löslichkeit in Wasser	hydrolysiert (Pulver), unlöslich (monokristallin)
Löslichkeit	unlöslich, hydrolysiert in wässrigen Lösungen von Basen und Säuren
Bandabstand	6.015 eV ( direkt )
Elektronenmobilität	~300 cm 2 /(V·s)
Wärmeleitfähigkeit	321 W/(m·K)
Struktur
Kristallstruktur	Wurtzit
Raumgruppe	C 6v 4 - P 6 3 mc , Nr. 186, hP4
Gitterkonstante	a = 0,31117 nm, c = 0,49788 nm
Formeleinheiten ( Z )	2
Koordinationsgeometrie	Tetraeder
Thermochemie
Wärmekapazität ( C )	30,1 J/(mol·K)
Std molare ; Entropie ( S o 298 )	20,2 J/(mol·K)
Std ; Bildungsenthalpie (Δ f H ⦵ 298 )	−318,0 kJ/mol
Gibbs freie Energie (Δ f G ˚)	−287,0 kJ/mol
Gefahren
GHS-Piktogramme
GHS-Signalwort	Warnung
GHS-Gefahrenhinweise	H315 , H319 , H335 , H373 , H411
GHS-Sicherheitshinweise	P260 , P261 , P264 , P271 , P280 , P301+330+331 , P302+352 , P303+361+353 , P304+340 , P305+351+338 , P310 , P312 , P321 , P332+313 , P337+313 , P362 , P363 , P403+233 , P405 , P501
NFPA 704 (Feuerdiamant)	1 0 0
	Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	überprüfen ( was ist ?)
	Infobox-Referenzen

Aluminiumnitrid ( Al N ) ist ein festes Nitrid von Aluminium . Es hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit von bis zu 321 W/(m·K) und ist ein elektrischer Isolator. Seine Wurtzit- Phase (w-AlN) hat eine Bandlücke von ~6 eV bei Raumtemperatur und hat eine potenzielle Anwendung in der Optoelektronik, die bei tiefen ultravioletten Frequenzen arbeitet.

Geschichte und physikalische Eigenschaften

AlN wurde erstmals 1877 synthetisiert.

AlN hat im reinen (undotierten) Zustand eine elektrische Leitfähigkeit von 10 ⁻¹¹ –10 ⁻¹³ Ω ⁻¹ ⋅cm ⁻¹ , die dotiert auf 10 ⁻⁵ –10 ⁻⁶ Ω ⁻¹ ⋅cm ⁻¹ ansteigt . Ein elektrischer Durchschlag tritt bei einem Feld von 1,2–1,8 × 10 ⁵ V/mm ( Durchschlagsfestigkeit ) auf.

Es wird vorausgesagt , dass die kubische Zinkmischung Phase AlN (ZB-AlN) aufweisen kann , die Supraleitung bei hohen Drücken.

AlN hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit , ein hochwertiger MOCVD-gewachsener AlN-Einkristall hat eine intrinsische Wärmeleitfähigkeit von 321 W/(m·K), was einer Berechnung nach dem ersten Prinzip entspricht. Bei einer elektrisch isolierenden Keramik beträgt sie 70–210 W/(m·K) für polykristallines Material und bis zu 285 W/(m·K) für Einkristalle).

Stabilität und chemische Eigenschaften

Aluminiumnitrid ist bei hohen Temperaturen in inerten Atmosphären stabil und schmilzt bei etwa 2200 °C. Im Vakuum zersetzt sich AlN bei ~1800 °C. An der Luft tritt Oberflächenoxidation oberhalb von 700 °C auf, und selbst bei Raumtemperatur wurden Oberflächenoxidschichten von 5–10 nm Dicke nachgewiesen. Diese Oxidschicht schützt das Material bis 1370 °C. Oberhalb dieser Temperatur tritt eine Massenoxidation auf. Aluminiumnitrid ist in Wasserstoff- und Kohlendioxidatmosphären bis 980 °C stabil.

Das Material löst sich in Mineralsäuren durch Korngrenzenangriff und in starken Alkalien durch Angriff auf die Aluminiumnitrid-Körner langsam auf . Das Material hydrolysiert langsam in Wasser. Aluminiumnitrid ist beständig gegen den Angriff der meisten geschmolzenen Salze, einschließlich Chloriden und Kryolithen .

Aluminiumnitrid kann mit einer reaktiven Ionenätzung auf Cl ₂ -Basis strukturiert werden .

Herstellung

AlN wird durch carbothermische Reduktion von Aluminiumoxid in Gegenwart von gasförmigem Stickstoff oder Ammoniak oder durch direkte Nitrierung von Aluminium synthetisiert. Zur Herstellung eines dichten technischen Materials ist der Einsatz von Sinterhilfsmitteln wie Y ₂ O ₃ oder CaO und Heißpressen erforderlich.

Anwendungen

Epitaktisch gewachsene Dünnfilm kristalline Aluminiumnitrid wird verwendet für akustische Oberflächenwellensensoren (SAWs), die auf Silizium - Wafer aufgrund der AlN piezoelektrischen Eigenschaften. Eine Anwendung ist ein in Mobiltelefonen weit verbreiteter HF-Filter , der als Dünnschicht-Volumenakustikresonator (FBAR) bezeichnet wird. Dies ist ein MEMS- Bauelement, das Aluminiumnitrid verwendet, das zwischen zwei Metallschichten eingebettet ist.

AlN wird auch verwendet, um piezoelektrische mikrobearbeitete Ultraschallwandler zu bauen, die Ultraschall aussenden und empfangen und die zur Entfernungsmessung in der Luft über Entfernungen von bis zu einem Meter verwendet werden können.

Es stehen Metallisierungsverfahren zur Verfügung, die es ermöglichen, AlN in elektronischen Anwendungen ähnlich denen von Aluminiumoxid und Berylliumoxid zu verwenden . Als chemische Sensoren für toxische Gase wurden AlN-Nanoröhren als anorganische quasi-eindimensionale Nanoröhren vorgeschlagen, die isoelektronisch mit Kohlenstoff-Nanoröhren sind.

Gegenwärtig gibt es viel Forschung zur Entwicklung von Leuchtdioden für den Betrieb im Ultraviolett unter Verwendung von Halbleitern auf Galliumnitrid- Basis, und unter Verwendung der Aluminium-Gallium-Nitrid- Legierung wurden Wellenlängen von nur 250 nm erreicht. Im Jahr 2006 wurde eine ineffiziente AlN- LED- Emission bei 210 nm berichtet.

Zu den Anwendungen von AlN gehören

Optoelektronik,
dielektrische Schichten in optischen Speichermedien,
elektronische Substrate, Chipträger, bei denen eine hohe Wärmeleitfähigkeit unerlässlich ist,
militärische Anwendungen,
als Tiegel zum Züchten von Galliumarsenid- Kristallen ,
Stahl- und Halbleiterfertigung .