Nitruro di Alluminio: Proprietà e Applicazioni
Cosa è il nitruro di alluminio?
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Il nitruro di alluminio (AlN) è un tipo di ceramica con proprietà notevoli come alta conduttività termica, minime perdite dielettriche e un basso consumo dielettrico. La sua espansione termica è simile a quella del silicio, rendendolo ideale come substrato nelle unità microelettroniche integrate.
L’azienda tedesca [Fraunhofer IISB](https://www.iisb.fraunhofer.de) ha recentemente promosso l’uso del nitruro di alluminio nei wafer semiconduttori. Le sue proprietà includono elevata durezza, resistenza allo shock termico, alta resistività elettrica, resistenza alla corrosione e all’usura, e un ampio intervallo di band gap (6.2 eV), caratteristiche che lo rendono un composto refrattario di prima scelta.
Proprietà di AlN
Il nitruro di alluminio forma una struttura tipo wurtzite esagonale stabile termodinamicamente. Alluminio e azoto sono legati da un legame covalente, stabilendo il materiale a temperature elevate in atmosfere inerti. Inizia a ossidarsi sopra i 700°C, formando uno strato protettivo di ossido di alluminio, efficace fino a 1370°C.
La conduttività termica di AlN è notevole, raggiungendo fino a 285 W/(m·K) se monocristallino e variando tra 70 e 210 W/(m·K) se policristallino. Questa alta conduttività deriva dalla sua bassa massa molare, dai forti legami e dalla sua struttura cristallina semplice.
Come viene preparato il nitruro di alluminio?
Diversi metodi sono stati sviluppati per sintetizzare AlN, inclusi il processo di nitrurazione diretta (DN) e quello di riduzione e nitrurazione carbotermica (CRN). Il CRN coinvolge la conversione di ossido di alluminio e carbonio sotto un’atmosfera di azoto a temperature superiori a 1600 °C per diverse ore.
Per migliorare la reattività della polvere di ossido di alluminio e ridurre la temperatura di sintesi, si mira a ridurre la dimensione delle particelle o l’energia di attivazione superficiale. Un altro metodo impiega l’alluminato di sodio (NaAlO2) come sostanza di partenza.
Stabilità all’idrolisi del nitruro di alluminio
Le polveri di AlN sono sensibili all’idrolisi, che produce composti secernenti. Per prevenire questo fenomeno, le particelle di AlN sono spesso rivestite con molecole organiche a catena lunga.
Usi del nitruro di alluminio
Grazie alla sua resistenza alla corrosione ad alte temperature, AlN viene utilizzato per costruire crogioli per metalli fusi e sensori di onde acustiche superficiali. Le proprietà piezoelettriche lo rendono adatto come filtri nei sistemi di comunicazione, dispositivi medici a ultrasuoni, altoparlanti e sensori, capace di convertire sollecitazioni meccaniche in segnali elettrici e viceversa.
AlN si utilizza anche come base per circuiti, substrato per semiconduttori o dissipatore di calore in elettronica ad alta capacità e nelle tecnologie di illuminazione a LED. Le sue eccellenti proprietà di dissipazione del calore e resistenza agli shock termici lo rendono ideale per applicazioni elettroniche.
