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邹小姐：13326633089 -
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氮化铝(AlN)具有高强度、高体(ti)积电(dian)阻率、高绝缘耐(nai)压(ya)、热膨(peng)胀系(xi)数、与硅匹配好等特(te)性，不但用(yong)作(zuo)结(jie)构(gou)陶瓷(ci)的烧结(jie)助(zhu)剂或增强相(xiang)，尤其是(shi)在近年(nian)来(lai)大火的陶瓷(ci)电(dian)子(zi)基板和(he)封装材料领域，其性能远(yuan)超氧(yang)化铝(lv)。
氮化(hua)铝材料在(zai)电子领域和(he)(he)电力(li)、机(ji)车、航空(kong)和(he)(he)航天、国防和(he)(he)军工、通讯以(yi)及众多工业领域都具有广阔的应(ying)(ying)用前景(jing)和(he)(he)广泛的潜在(zai)市(shi)场(chang)。更高(gao)端的应(ying)(ying)用随着氮化(hua)铝晶体(ti)(ti)材料的开发(fa)成(cheng)为热点。其中，氮化(hua)铝在(zai)半导体(ti)(ti)领域中的应(ying)(ying)用就(jiu)一直备受关注。
氮(dan)化铝(lv)材料的性能特点
氮化铝(AlN)是(shi)一种六方纤锌(xin)矿结构的共价键化合物(wu)，晶格参数为a=3.114，c=4.986。纯氮(dan)(dan)化(hua)铝(lv)呈蓝白色，氮(dan)(dan)化(hua)铝(lv)在常(chang)态下表现通常(chang)为灰色或灰白色。作为一种(zhong)潜力广阔的材(cai)料，氮(dan)(dan)化(hua)铝(lv)具备(bei)这些(xie)性能(neng)特点(dian)：
1.热学(xue)性(xing)能
AlN的理论热导率(lv)(lv)(lv)为320W/m·K，实际制备的多(duo)晶AlN的热导率(lv)(lv)(lv)一般为100~260W/m·K，室温热导率(lv)(lv)(lv)为Al2O3的10~15倍，接近于(yu)BeO（理论热(re)导率为350W/m·K），而(er)在温(wen)度高于(yu)200℃时，导热(re)性能又好于(yu)氧化铍;在25~400℃的范围内(nei)，纯AIN的热膨胀(zhang)系数为4.4×10-6K-1，与硅的热膨胀系数（3.4×10-6K-1）相近。
2.电学(xue)性能(neng)
纯AIN的(de)室温电阴率大于1014Ω·cm，是一种良好的(de)绝缘材料；介(jie)电(dian)常(chang)数约为8.0（1MHz），与(yu)Al2O3相(xiang)当；介电(dian)损耗为10-4（1MHz），绝缘耐压为14KV·mm-1，高(gao)的机电耦(ou)合系(xi)数（0.8%）、压电性(xing)和亲负产性(xing)。
3.力学性能
室温下，致密的AIN陶瓷的维氏硬(ying)度(du)为12GPa，莫(mo)氏硬(ying)度(du)7~8，杨氏模量为308GPa，抗(kang)弯强(qiang)度(du)可达350MPa，强(qiang)度(du)随(sui)温(wen)度(du)的上升而下降(jiang)比较缓慢，1300℃高(gao)温(wen)强(qiang)度(du)比室温(wen)强(qiang)度(du)约降(jiang)低20%，而热压Si3N4、Al2O3一(yi)般要降低50%。
4.化学(xue)性能(neng)
AIN具有(you)优良的高温(wen)抗腐蚀能力，不(bu)被铝、铜、银、铅、镍(nie)等(deng)多(duo)种金属浸润，也能在(zai)某些(xie)融(rong)盐(yan)中如砷化(hua)镓的融(rong)盐(yan)中稳定存在(zai)；AIN具有(you)强(qiang)烈的吸湿性，极易与空气(qi)中的水蒸气(qi)反应;在(zai)空气(qi)中，AIN的初始氧化(hua)温(wen)度为(wei)700~800℃。常(chang)压下，AIN不(bu)会融(rong)化(hua)，而是在(zai)2260-2500℃时发生热(re)分解。
氮化铝在半导(dao)体领域中的应用
1.基(ji)板材(cai)料(liao)和封装材(cai)料(liao)
随(sui)着微电(dian)子及半导体技术的(de)(de)(de)蓬勃(bo)发展，目前功率(lv)(lv)半导体器件需(xu)要同时(shi)(shi)具备高电(dian)压、大电(dian)流(liu)、大功率(lv)(lv)密度、小尺(chi)寸等特点，电(dian)子基(ji)板热(re)流(liu)密度大幅增(zeng)加，保持设(she)备内部(bu)稳定的(de)(de)(de)运(yun)行环(huan)境成为需(xu)要重(zhong)点关注(zhu)的(de)(de)(de)技术问题。为此功率(lv)(lv)集成电(dian)路中的(de)(de)(de)基(ji)板材(cai)料必须要同时(shi)(shi)具有良(liang)好的(de)(de)(de)机械可靠(kao)性(xing)以及较(jiao)高的(de)(de)(de)热(re)导率(lv)(lv)。
▲氮化铝(lv)基板（图片(pian)来(lai)源(yuan)：MARUWA）
目前，封装基板材(cai)料主要采用氧(yang)化铝陶瓷或高分子(zi)材(cai)料，但随(sui)着对电子(zi)零件(jian)的承载基板的要求越来越严格(ge)，它们的热导率(lv)并(bing)不能满足行业的需求，而AlN陶瓷因具有(you)热导率高(gao)、热膨胀系(xi)数与硅接近、机械强度高(gao)、化学稳定性(xing)好及(ji)环保无毒等特性(xing)，被认为是新一代散(san)热基板和电子器件封装(zhuang)的理(li)想材料(liao)。
相(xiang)比Al2O3陶(tao)瓷基(ji)板和Si3N4陶瓷基板，AlN陶瓷(ci)基板(ban)(ban)具(ju)(ju)有(you)这些优势：使用AlN陶瓷(ci)基板(ban)(ban)作为芯片的(de)承载体，可(ke)以(yi)(yi)将芯片与模(mo)块散热(re)(re)底板(ban)(ban)隔(ge)离开，基板(ban)(ban)中间的(de)AlN陶瓷(ci)层可(ke)有(you)效提高模(mo)块的(de)绝(jue)缘能(neng)力（陶瓷(ci)层绝(jue)缘耐压>2.5KV），而且氮化铝陶瓷(ci)基板(ban)(ban)具(ju)(ju)有(you)良好的(de)导热(re)(re)性，热(re)(re)导率可(ke)以(yi)(yi)达(da)到(dao)170-260W/mK。此外，AlN陶瓷(ci)基板(ban)(ban)膨胀系数同硅相近(jin)，不会造(zao)成对芯片的(de)应力损伤，氮化铝陶瓷(ci)基板(ban)(ban)抗剥力>20N/mm2，具(ju)(ju)有(you)优秀的(de)机械性能(neng)，耐腐蚀(shi)，不易发生形变，可(ke)以(yi)(yi)在较宽温度范围内使用。
2.晶圆加工用静(jing)电吸盘
现代半导体(ti)制造(zao)工(gong)(gong)(gong)艺中晶(jing)(jing)圆(yuan)的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)过程有着(zhe)多道工(gong)(gong)(gong)序，晶(jing)(jing)圆(yuan)需要(yao)在几百个工(gong)(gong)(gong)艺设备之间来回传输，因此需要(yao)一种设备对(dui)晶(jing)(jing)圆(yuan)进行(xing)夹持(chi)。静电吸(xi)盘可(ke)通过静电吸(xi)附作(zuo)用(yong)来固定(ding)晶(jing)(jing)圆(yuan)，吸(xi)附作(zuo)用(yong)力均匀(yun)且持(chi)续稳定(ding)，晶(jing)(jing)圆(yuan)不会发生翘(qiao)曲变形，可(ke)以(yi)保证晶(jing)(jing)圆(yuan)的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精度和(he)洁净程度。目前普(pu)遍的(de)静电吸(xi)盘技术主(zhu)(zhu)要(yao)是以(yi)氧化(hua)铝陶瓷(ci)或氮化(hua)铝陶瓷(ci)作(zuo)为主(zhu)(zhu)体(ti)材(cai)料。对(dui)于普(pu)通的(de)硅(gui)晶(jing)(jing)圆(yuan)加(jia)工(gong)(gong)(gong)，高纯氧化(hua)铝或蓝宝石可(ke)以(yi)满足(zu)要(yao)求，但若用(yong)在碳化(hua)硅(gui)晶(jing)(jing)圆(yuan)加(jia)工(gong)(gong)(gong)，导热性就(jiu)有所不足(zu)了，必须要用氮化铝(lv)才(cai)能达到要求。
▲NGK/NTK氮化铝静(jing)电吸盘(pan)
氮(dan)化铝陶瓷静电吸盘的优(you)势在于：可以通过(guo)控制其体积电(dian)阻(zu)率，获得大范围(wei)的(de)(de)(de)温度(du)域(yu)和充分的(de)(de)(de)吸(xi)附力，静电(dian)吸(xi)盘可(ke)通过自(zi)由(you)度(du)高的(de)(de)(de)加热(re)器设计可(ke)以(yi)实现良好(hao)的(de)(de)(de)温度(du)均匀性；氮化铝通过一体共烧(shao)成型(xing)，不会出(chu)现因电(dian)极的(de)(de)(de)劣化造成历时(shi)变化，最大限(xian)度(du)的(de)(de)(de)保障产(chan)品质量；在等(deng)离(li)子卤素真空气氛环(huan)境下(xia)能持久运行，以(yi)承受半导体及微(wei)电(dian)子最苛刻的(de)(de)(de)制(zhi)程(cheng)环(huan)境，还(hai)可(ke)提供稳定(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)附力和温度(du)控制(zhi)。据(ju)闻，氮化铝在半导体领(ling)域(yu)的(de)(de)(de)应用在国外已成为(wei)氮化铝陶瓷的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)市场(chang)，最高端的(de)(de)(de)静电(dian)吸(xi)盘甚至可(ke)以(yi)卖到几十(shi)万到上(shang)百万人民币，非常“吸金”。
3.衬底材料
AlN晶体是GaN、AlGaN以及AlN外延材料(liao)的理(li)想衬(chen)底。与蓝宝石或SiC衬(chen)底相比，AlN与GaN热匹配和化学兼容性(xing)更高、衬(chen)底与外延层之间的应力更小。因此，AlN晶体作为(wei)GaN外延衬(chen)底时可大(da)幅(fu)度(du)(du)降低(di)器件(jian)中的缺陷密度(du)(du)，提(ti)高器件(jian)的性(xing)能，在制备(bei)高温(wen)、高频、高功率(lv)电子(zi)器件(jian)方面(mian)有很好的应用前景。
▲奥趋(qu)光电制备的AlN单晶衬(chen)底(di)样(yang)片(pian)
另外，用(yong)AlN晶(jing)体做(zuo)高(gao)铝（Al）组份的(de)(de)AlGaN外(wai)延材料衬(chen)底还可(ke)以有效降低氮(dan)化物外(wai)延层中的(de)(de)缺(que)陷密度，极大地提高(gao)氮(dan)化物半(ban)导体器件的(de)(de)性能和使用(yong)寿(shou)命。基于AlGaN的(de)(de)高(gao)质量日(ri)盲探测器已经获(huo)得(de)成(cheng)功应用(yong)。
4.薄膜材料(liao)
由(you)于AlN带隙宽(kuan)(kuan)、极(ji)化(hua)强(qiang)，禁带宽(kuan)(kuan)度为(wei)(wei)6.2eV，其制(zhi)备的(de)氮化(hua)铝薄膜材料(liao)具有(you)很多优异的(de)物(wu)理化(hua)学性(xing)质，如高的(de)击穿场强(qiang)、高热(re)导(dao)率、高电阻率、高化(hua)学和热(re)稳(wen)定性(xing)以及良好的(de)光学及力学性(xing)能，被广泛应用作(zuo)为(wei)(wei)电子器(qi)件和集成电路(lu)的(de)封装(zhuang)中隔离介质和绝缘材料(liao)。
高质量(liang)的(de)AlN薄膜还(hai)具有极高的超(chao)声传输速度、较小(xiao)的声波(bo)损耗、相当(dang)大的压电(dian)耦合常数，与Si、GaAs相近(jin)的热(re)膨胀系数等(deng)特点(dian)，独特的性质使它在(zai)机械、微电(dian)子、光学(xue)以及电(dian)子元器件、声表面波(bo)器件制造和高频宽带通信等(deng)领(ling)域有着广(guang)阔(kuo)的应用前景。
目(mu)前，氮化(hua)(hua)铝薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)制备尚且处于设备复杂、造价昂(ang)贵、难(nan)于商品化(hua)(hua)的(de)阶段(duan)，并(bing)且所使用的(de)制备薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)方(fang)法通(tong)常要求将衬底加热到较(jiao)高的(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。目(mu)前低(di)温(wen)(wen)(wen)制备氮化(hua)(hua)铝薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)方(fang)法还不成熟、不完善(shan)。而集(ji)成光(guang)学器件的(de)发展，需要在较(jiao)低(di)的(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)进行薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)制备，以(yi)避免对衬底材(cai)料的(de)热损伤。改(gai)进氮化(hua)(hua)铝薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)的(de)制备方(fang)法，在较(jiao)低(di)的(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)、较(jiao)简单的(de)工(gong)(gong)艺条(tiao)件下(xia)得到更(geng)(geng)致密、更(geng)(geng)均匀、更(geng)(geng)高纯度(du)(du)、更(geng)(geng)低(di)成本的(de)氮化(hua)(hua)铝薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)，还有(you)大量的(de)工(gong)(gong)作(zuo)需要去做。
