El nitruro de aluminio ( Al N ) es un nitruro sólido de aluminio . Tiene una alta conductividad térmica de hasta 321 W / (m · K) [5] y es un aislante eléctrico. Su fase de wurtzita (w-AlN) tiene una banda prohibida de ~ 6 eV a temperatura ambiente y tiene una aplicación potencial en optoelectrónica que opera a frecuencias ultravioleta profundas .
Nombres | |
---|---|
Otros nombres Nitruro de aluminio | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.041.931 |
Número CE |
|
13611 | |
PubChem CID | |
Número RTECS |
|
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Propiedades | |
Al N | |
Masa molar | 40,989 g / mol [1] |
Apariencia | sólido blanco a amarillo pálido |
Densidad | 3,255 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | 2.500 ° C (4.530 ° F; 2.770 K) [6] |
hidrolizadas (polvo), insoluble (monocristalino) | |
Solubilidad | insoluble, sujeto a hidrólisis en soluciones acuosas de bases y ácidos [2] |
Brecha de banda | 6.015 eV [3] [4] ( directo ) |
Movilidad de electrones | ~ 300 cm 2 / (V · s) |
Conductividad térmica | 321 W / (m · K) [5] |
Estructura [7] | |
Estructura cristalina | Wurtzita |
Grupo espacial | C 6v 4 - P 6 3 mc , No. 186, hP4 |
Constante de celosía | a = 0,31117 nm, c = 0,49788 nm |
Unidades de fórmula ( Z ) | 2 |
Geometría de coordinación | Tetraédrico |
Termoquímica [8] | |
Capacidad calorífica ( C ) | 30,1 J / (mol · K) |
Entropía molar estándar ( S | 20,2 J / (mol · K) |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −318,0 kJ / mol |
Energía libre de Gibbs (Δ f G ˚) | −287,0 kJ / mol |
Peligros | |
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Advertencia |
Declaraciones de peligro GHS | H315 , H319 , H335 , H373 , H411 |
Consejos de prudencia del SGA | 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 (diamante de fuego) | 1 0 0 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Historia y propiedades físicas
AlN se sintetizó por primera vez en 1877. [ cita requerida ]
AlN, en estado puro (sin dopar) tiene una conductividad eléctrica de 10 −11 −10 −13 Ω −1 ⋅cm −1 , elevándose a 10 −5 −10 −6 Ω −1 ⋅cm −1 cuando está dopado. [9] La avería eléctrica se produce en un campo de 1,2–1,8 × 10 5 V / mm ( rigidez dieléctrica ). [9]
Se predice que la fase de mezcla de zinc cúbico de AlN (zb-AlN) puede exhibir superconductividad a altas presiones. [10]
El AlN tiene alta conductividad térmica , el monocristal de AlN cultivado con MOCVD de alta calidad tiene una conductividad térmica intrínseca de 321 W / (m · K), consistente con un cálculo de primer principio. [5] Para una cerámica eléctricamente aislante , es 70-210 W / (m · K) para material policristalino, y tan alto como 285 W / (m · K) para monocristales). [9]
Estabilidad y propiedades químicas.
El nitruro de aluminio es estable a altas temperaturas en atmósferas inertes y se funde a aproximadamente 2200 ° C. En el vacío, el AlN se descompone a ~ 1800 ° C. En el aire, la oxidación de la superficie ocurre por encima de los 700 ° C, e incluso a temperatura ambiente, se han detectado capas de óxido de superficie de 5 a 10 nm de espesor. Esta capa de óxido protege el material hasta 1370 ° C. Por encima de esta temperatura se produce la oxidación en masa. El nitruro de aluminio es estable en atmósferas de hidrógeno y dióxido de carbono hasta 980 ° C. [11]
El material se disuelve lentamente en ácidos minerales mediante el ataque de los límites de los granos y en álcalis fuertes mediante el ataque a los granos de nitruro de aluminio. El material se hidroliza lentamente en agua. El nitruro de aluminio es resistente al ataque de la mayoría de las sales fundidas, incluidos los cloruros y la criolita . [ cita requerida ]
El nitruro de aluminio se puede modelar con un grabado de iones reactivos a base de Cl 2 . [12] [13]
Fabricar
El AlN se sintetiza por reducción carbotérmica de óxido de aluminio en presencia de nitrógeno gaseoso o amoniaco o por nitruración directa de aluminio. Se requiere el uso de coadyuvantes de sinterización , como Y 2 O 3 o CaO, y prensado en caliente para producir un material denso de calidad técnica.
Aplicaciones
El nitruro de aluminio cristalino de película fina que crece epitaxialmente se utiliza para sensores de ondas acústicas de superficie (SAW) depositados en obleas de silicio debido a las propiedades piezoeléctricas del AlN . Una aplicación es un filtro de RF , ampliamente utilizado en teléfonos móviles, [14] que se denomina resonador acústico a granel de película delgada (FBAR). Este es un dispositivo MEMS que utiliza nitruro de aluminio intercalado entre dos capas de metal. [15]
El AlN también se utiliza para construir transductores de ultrasonido piezoeléctricos micromecanizados, que emiten y reciben ultrasonidos y que se pueden utilizar para la determinación de distancias en el aire a distancias de hasta un metro. [16] [17]
Los métodos de metalización están disponibles para permitir el uso de AlN en aplicaciones electrónicas similares a las de la alúmina y el óxido de berilio . Los nanotubos de AlN como nanotubos inorgánicos cuasi unidimensionales, que son isoelectrónicos con los nanotubos de carbono, se han sugerido como sensores químicos para gases tóxicos. [18] [19]
Actualmente hay mucha investigación en el desarrollo de diodos emisores de luz para operar en ultravioleta usando semiconductores basados en nitruro de galio y, usando la aleación de nitruro de galio y aluminio , se han logrado longitudes de onda tan cortas como 250 nm. En 2006, se informó de una emisión ineficiente de LED de AlN a 210 nm. [20]
Entre las aplicaciones de AlN se encuentran
- optoelectrónica,
- Capas dieléctricas en medios de almacenamiento óptico,
- sustratos electrónicos, portadores de chips donde es esencial una alta conductividad térmica,
- aplicaciones militares,
- como crisol para hacer crecer cristales de arseniuro de galio ,
- fabricación de acero y semiconductores .
Ver también
- Nitruro de boro
- Fosfuro de aluminio
- Nitruro de indio
- Oxinitruro de aluminio
- Nitruro de titanio y aluminio , TiAlN o AlTiN
Referencias
- ↑ a b Haynes, pág. 4.45.
- ^ Fukumoto, S .; Hookabe, T .; Tsubakino, H. (2010). "Comportamiento de hidrólisis del nitruro de aluminio en diversas soluciones". J. Mat. Ciencia . 35 (11): 2743–2748. doi : 10.1023 / A: 1004718329003 . S2CID 91552821 .
- ^ Haynes, pág. 12,85.
- ^ Feneberg, M .; Leute, RAR; Neuschl, B .; Thonke, K .; Bickermann, M. (2010). Phys. Rev. B . 82 (7): 075208. Código Bibliográfico : 2010PhRvB..82g5208F . doi : 10.1103 / physrevb.82.075208 .CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )
- ^ a b c Cheng, Zhe; Koh, Yee Rui; Mamun, Abdullah; Shi, Jingjing; Bai, Tingyu; Huynh, Kenny; Yates, Luke; Liu, Zeyu; Li, Ruiyang; Lee, Eungkyu; Liao, Michael E .; Wang, Yekan; Yu, Hsuan Ming; Kushimoto, Maki; Luo, Tengfei; Goorsky, Mark S .; Hopkins, Patrick E .; Amano, Hiroshi; Khan, Asif; Graham, Samuel (2020). "Observación experimental de alta conductividad térmica intrínseca de AlN" . Materiales de revisión física . 4 (4): 044602. arXiv : 1911.01595 . doi : 10.1103 / PhysRevMaterials.4.044602 . S2CID 207780348 . Consultado el 3 de abril de 2020 .
- ^ Haynes, pág. 12.80.
- ^ Vandamme, Nobuko S .; Richard, Sarah M .; Winzer, Stephen R. (1989). "Sinterización en fase líquida de nitruro de aluminio mediante aditivos de óxido de europio". Revista de la Sociedad Americana de Cerámica . 72 (8): 1409-1414. doi : 10.1111 / j.1151-2916.1989.tb07662.x .
- ^ Haynes, pág. 5.4.
- ^ a b c "AlN - Nitruro de aluminio" . Base de datos Ioffe . Sankt-Peterburg: FTI im. AF Ioffe, RAN . Consultado el 1 de enero de 2014 .
- ^ Dancy, G. Selva; Sheeba, V. Benaline; Louis, C. Nirmala; Amalraj, A. (30 de septiembre de 2015). "Superconductividad en el grupo III-V Semiconductor AlN bajo alta presión" . Orbital: la revista electrónica de química . Instituto de Química - Univ. Federal do Mato Grosso do Sul. 7 (3). doi : 10.17807 / orbital.v7i3.628 . ISSN 1984-6428 .
- ^ Berger, LI (1997). Materiales semiconductores . Prensa CRC. pp. 123 -124. ISBN 978-0-8493-8912-2.
- ^ Chih-ming Lin; Ting-ta Yen; Yun-ju Lai; Felmetsger, VV; Hopcroft, MA; Kuypers, JH; Pisano, AP (marzo de 2010). "Resonadores de onda de cordero de nitruro de aluminio con compensación de temperatura". Transacciones IEEE sobre Ultrasonidos, Ferroeléctricos y Control de Frecuencia . 57 (3): 524–532. doi : 10.1109 / TUFFC.2010.1443 . PMID 20211766 . S2CID 20028149 .
- ^ Xiong, Chi; Pernice, Wolfram HP; Sun, Xiankai; Schuck, Carsten; Fong, rey Y .; Tang, Hong X. (2012). "Nitruro de aluminio como nuevo material para optomecánica a escala de chip y óptica no lineal". Nueva Revista de Física . 14 (9): 095014. arXiv : 1210.0975 . Código bibliográfico : 2012NJPh ... 14i5014X . doi : 10.1088 / 1367-2630 / 14/9/095014 . ISSN 1367-2630 . S2CID 118571039 .
- ^ Tsuruoka, Doug (17 de marzo de 2014). "Apple, Samsung Cellphone Filter Orders Lift Avago" . Diario de negocios del inversor .
- ^ "ACPF-7001: Agilent Technologies anuncia filtro FBAR para tarjetas de datos y teléfonos móviles de banda de PCS de EE. UU . " . wirelessZONE . EN-Genius Network Ltd. 2002-05-27 . Consultado el 18 de octubre de 2008 .
- ^ "Una interfaz gestual para relojes inteligentes" .
- ^ Przybyla, R .; al, et. (2014). "Reconocimiento de gestos ultrasónico 3D" . Congreso Internacional de Circuitos de Estado Sólido . San Francisco. págs. 210–211.
- ^ Ahmadi, A .; Hadipour, NL; Kamfiroozi, M .; Bagheri, Z. (2012). "Estudio teórico de nanotubos de nitruro de aluminio para detección química de formaldehído". Sensores y actuadores B: Químico . 161 (1): 1025–1029. doi : 10.1016 / j.snb.2011.12.001 .
- ^ Ahmadi Peyghan, A .; Omidvar, A .; Hadipour, NL; Bagheri, Z .; Kamfiroozi, M. (2012). "¿Pueden los nanotubos de nitruro de aluminio detectar las moléculas tóxicas de NH 3 ?". Physica E . 44 (7-8): 1357-1360. Código bibliográfico : 2012PhyE ... 44.1357A . doi : 10.1016 / j.physe.2012.02.018 .
- ^ Taniyasu, Y .; et al. (2006). "Un diodo emisor de luz de nitruro de aluminio con una longitud de onda de 210 nanómetros" . Naturaleza . 441 (7091): 325–328. Código bibliográfico : 2006Natur.441..325T . doi : 10.1038 / nature04760 . PMID 16710416 . S2CID 4373542 .
Fuentes citadas
- Haynes, William M., ed. (2016). Manual CRC de Química y Física (97ª ed.). Prensa CRC . pag. 4.45. ISBN 9781498754293.
NH 3 N 2 H 4 | Él (N 2 ) 11 | ||||||||||||||||
Li 3 N | Ser 3 N 2 | BN | β-C 3 N 4 g-C 3 N 4 C x N y | N 2 | N x O y | NF 3 | Nordeste | ||||||||||
Na 3 N | Mg 3 N 2 | AlN | Si 3 N 4 | PN P 3 N 5 | S x N y SN S 4 N 4 | NCl 3 | Arkansas | ||||||||||
K 3 N | Ca 3 N 2 | ScN | Estaño | VN | CrN Cr 2 N | Mn x N y | Fe x N y | Estafa | Ni 3 N | CuN | Zn 3 N 2 | GaN | Ge 3 N 4 | Como | Se | NBr 3 | Kr |
Rb | Sr 3 N 2 | YN | ZrN | NbN | β-Mo 2 N | Tc | Ru | Rh | PdN | Ag 3 N | CdN | Posada | Sn | Sb | Te | NI 3 | Xe |
Cs | Ba 3 N 2 | Hf 3 N 4 | Broncearse | WN | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg 3 N 2 | TlN | Pb | Compartimiento | Correos | A | Rn | |
P. | Ra 3 N 2 | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
↓ | |||||||||||||||||
La | CeN | Pr | Dakota del Norte | Pm | Sm | UE | GdN | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||
C.A | Th | Pensilvania | U 2 N 3 | Notario público | Pu | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr |