为什么高纯度氮化铝（AlN）至关重要？

氮化铝（AlN） 性能主要取决于纯度，特别是氧（O）、碳（C）和金属杂质（Fe、Na等）的含量。

氧杂质→形成Al₂O₃或AlON相，显著降低热导率（氧每增加1%，热导率就会降低10-20W/(m·K)）。

金属杂质→降低半导体器件中的载流子迁移率，降低性能。

碳杂质→高温下生成Al₄C₃，造成材料脆化。

目前商用AlN粉末的纯度一般为99.5%-99.9%（氧含量>0.5%），而高端应用（如半导体基板）要求氧含量 <0.1%，甚至 <100ppm。

如何获得高纯度氮化铝？

1. AlN粉末纯化技术

①表面改性（H₃PO₄处理）

磷酸（H₃PO₄）在 AlN 上形成保护层，抑制水解（减少 Al₂O₃ 的形成）。

优点：操作简单，适合工业化生产。

局限性：无法去除晶格内的氧杂质。

②高温热处理 （2000-2200℃）

在还原性气氛（H₂/N₂）中进行热处理，使杂质挥发。

结果：氧含量可降低至220ppm，金属杂质 <1ppm。

挑战：需要先进的设备（钨坩埚），AlN升华损失（2200°C时约0.5-1％/小时）。

2. AlN陶瓷纯化技术

①NH₄F烧结添加剂

NH₄F分解为NH₃和HF，与Al₂O₃反应生成挥发性副产物（如AlF₃），降低氧含量。

优点：不引入新的杂质，提高陶瓷纯度。

②高温退火

1800-1900℃热处理，使晶界相挥发，优化组织，提高热导率。

未来趋势：更高纯度，更低成本

先进的净化方法：等离子辅助净化、溶剂萃取、CVD（化学气相沉积）超纯AlN薄膜。

可扩展生产：优化高温工艺，减少 AlN 损失和成本。

复合材料：AlN-石墨烯、AlN-SiC 混合热材料，可增强性能。

结论：氮化铝——未来技术的核心材料

随着5G、电动汽车 (EV)、深紫外LED和航空航天技术的快速发展，高纯度氮化铝的需求将激增。通过先进的纯化和烧结技术，氮化铝将在以下领域发挥关键作用：

① 半导体器件（GaN-on-AlN、电力电子）

② 高功率射频及5G基站

③电动汽车功率模块和热管理

④深紫外LED基板（UVC杀菌）

⑤航空航天及极端环境应用

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