질화알루미늄(AlN) 성능은 순도, 특히 산소(O), 탄소(C) 및 금속 불순물(Fe, Na 등)의 함량에 크게 좌우됩니다.
산소 불순물 → Al₂O₃ 또는 AlON 상을 형성하여 열전도도를 크게 감소시킵니다(산소가 1% 증가할 때마다 열전도도는 10~20 W/(m·K) 감소합니다).
금속 불순물 → 반도체 소자의 캐리어 이동도를 저하시켜 성능을 저하시킨다.
탄소 불순물 → 고온에서 Al₄C₃를 생성하여 재료 취성을 유발합니다.
현재 상용 AlN 분말은 일반적으로 99.5%-99.9%(산소 함량 >0.5%)의 순도를 갖는 반면, 고급 응용 분야(예: 반도체 기판)에는 산소 함량이 필요합니다. <0.1%, 심지어 <100ppm.
고순도 알루미늄 질화물을 얻는 방법은?
1. AlN 분말 정제 기술
① 표면개질(H₃PO₄ 처리)
인산(H₃PO₄)은 AlN에 보호층을 형성하여 가수분해를 억제합니다(Al₂O₃ 형성 감소).
장점: 조작이 간단하여 산업 생산에 적합합니다.
한계점: 결정격자 내부의 산소 불순물을 제거할 수 없습니다.
② 고온 열처리 (2000-2200°C)
불순물을 휘발시키기 위해 환원 분위기(H₂/N₂)에서 열처리합니다.
결과 : 산소 함량을 220ppm까지 낮출 수 있으며, 금속 불순물 제거 가능 <1ppm
과제: 고급 장비(텅스텐 도가니)가 필요하고, AlN 승화 손실(2200°C에서 ~0.5-1%/h)이 발생합니다.
2. AlN 세라믹 정제 기술
①NH₄F 소결 첨가제
NH₄F는 NH₃ 및 HF로 분해되고, Al₂O₃와 반응하여 휘발성 부산물(예: AlF₃)을 형성하여 산소 함량을 감소시킵니다.
장점: 새로운 불순물이 첨가되지 않아 세라믹 순도가 향상됩니다.
② 고온소둔
1800~1900°C에서 열처리하여 결정립계상을 휘발시키고, 미세구조를 최적화하고, 열전도도를 향상시킵니다.
미래 트렌드: 더 높은 순도, 더 낮은 비용
고급 정제 방법: 초순수 AlN 필름을 위한 플라스마 보조 정제, 용매 추출, CVD(화학 기상 증착).
확장 가능한 생산: 고온 공정을 최적화하여 AlN 손실과 비용을 줄였습니다.
복합 재료: AlN-그래핀, AlN-SiC 하이브리드 열 소재로 성능이 향상되었습니다.
결론: 질화알루미늄 - 미래 기술의 핵심 소재
5G, 전기 자동차(EV), 심자외선 LED, 그리고 항공우주 기술의 급속한 성장으로 고순도 AlN에 대한 수요가 급증할 것입니다. AlN은 첨단 정제 및 소결 기술을 통해 다음과 같은 분야에서 중추적인 역할을 할 것입니다.
① 반도체소자(GaN-on-AlN, 전력전자)
② 고출력 RF & 5G 기지국
③EV 전력 모듈 및 열 관리
④Deep-UV LED 기판(UVC 살균)
⑤항공우주 및 극한환경 응용 분야
샤먼 쥐치 테크놀로지 소개
샤먼 쥐츠 테크놀로지 주식회사는 고성능 반도체의 연구개발, 생산 및 판매를 전문으로 하는 첨단기술 기업입니다. 질화알루미늄(AlN) 세라믹 소재. 당사는 5G 통신, 반도체 패키징, 전력 전자, 신에너지 자동차, 항공우주 등의 분야에 높은 열전도도와 고순도 질화알루미늄 세라믹 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. AlN 기판, 고객 요구 사항에 따라 다양한 사양의 구조적 구성 요소 및 기능 장치.
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