ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Синтез, структура, свойства и применение нитрида алюминия из "Квантовая химия в материаловедении" В системе А1—N известно одно термодинамически устойчивое соединений — нитрид алюминия формальной стехиометрии A1N [1-3]. [c.6] Наиболее устойчивыми структурными формами нитрида алюминия являются алмазоподобные структуры типа вюртцита (в, а-AIN) и сфалерита (с, P-A1N). Вюртцитная структура (простр. группа Сбтс [1—3]) является равновесной и характеризуется гексагональной упаковкой из атомов азота, половина тетраэдрических пустот которой занята атомами алюминия, рис. 1.1. Параметры e-AlN (по данным разных авторов) составляют (а с, A) — 3,180 5,166 [4], 3,11 4,98 [5, 6], 3,111 4,978 [7]. Ряд способов синтеза e-AlN описан в [2, 8]. [c.6] В настоящее время наиболее активно исследуются свойства нитрида в неравновесном — пленочном состоянии, в составе гете-рострукту р, в виде ультра- и нанодисперсных порошков [11—26]. Подобные состояния могут быть получены синтезом AIN методами молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) [15, 18, 22], осаждением из паров металлорганических соединений [14], газофазной эпитаксией металлорганических соединений [26], прямым взаимодействием алюминия (расплавленного, порошкового и в виде фольг) с потоком азота [12,13, 20, 21, 25]. [c.6] Низкотемпературные решеточные свойства A1N рассмотрены в [27]. В [28] обнаружено относительное уменьшение величины периода кристаллической решетки нитрида алюминия (до 0,9%) в ультрадисперсных порошках с размерами частиц до 50 нм. Для смеси ультрадисперсных порошков период решетки может уменьшаться под влиянием давления Лапласа или увеличиваться благодаря переходу смеси в состояние со смешанной решеткой. Уль-традисперсные порошки, синтезированные плазмохимическим методом, кристаллизуются в высокотемпературных модификациях (с максимально компактной решеткой), которые имеют минимальную свободную поверхностную энергию. [c.7] Влияние температуры (от 825 до 1175 °С) осаждения нитрида алюминия, получаемого методом металлорганического вьшарива-ния на Si(lll), исследовано в [32]. При температурах осаждения выше 1100 °С реализуются отдельные кристаллические пленки, содержащие домены 60 нм, при более низких температурах получаемая текстура характеризуется гранями, развитыми случайным вращением вокруг A1N [001]-оси, при низких температурах обнаруживает рост островков шириной -25 нм. [c.8] Вкратце рассмотрим воздействие на структурные состояния нитрида алюминия наличия разнообразных дефектов, среди которых одним из наиболее распространенных является примесный кислород. [c.8] Еще одним типом термически стабильного дефекта в Ш-нит-ридах является водород. В [37] получено, что степень насыщения водородом нитрида алюминия превышает таковую для GaN на порядок. Некоторые свойства гидрированных (A1N—Н) тонких пленок изучались в [38]. В [39] отмечается, что в присутствии водорода в газовой смеси при агс-синтезе A1N удается снизить дефектность получаемых образцов. [c.9] Авторы [46] рассмотрели роль нитрида алюминия в формировании свойств вязкости AI- и А1—Ti сплавов. Оба сплава проявляют минимум вязкости в температурном интервале 850—1050 °С, для А1 вязкость ниже, чем для А1—Ti. Низкая вязкость, по мнению авторов [46], связана с присутствием в системе частиц AIN и TiN, препятствующих миграции границ зерен и, следовательно, запрещающих динамическую рекристаллизацию. [c.9] Структурные состояния и свойства нитрида алюминия могут существенно изменяться в зависимости от внешних условий. Так, при приложении внешнего давления (-22,9 ГПа) можно реализовать [49] структурный переход типа вюртцит — каменная соль, который сопровождается уменьшением объема ячейки на 17,9 %. [c.10] В [50] исследовалось влияние условий процесса (холодное изо-статическое прессование и термокомпрессионное вытягивание ленты), температуры и длительности отжига на термическую проводимость AlN-керамик. Некоторые вопросы роста и зависимости свойств нитридных пленок от внешних факторов (состав атмосферы, температура и морфология подложки и т.д.) рассматриваются в [51—53]. [c.10] В заключение отметим некоторые перспективные области использования A1N и материалов на его основе [2, 8, 54—71]. Длительный период основное применение нитрид алюминия находил в керамической промьппленности [2, 8, 54, 69]. В последние годы большие надежды связаны с массовым производством на основе A1N функциональных материалов различных электронных устройств [61]. [c.10] Сплавы нитрида алюминия с нитридом галлия рассматриваются в [64, 65, 70] как эффективные полупроводниковые материалы для изготовления излучателей и детекторов высокотемпературной электроники. Отмечается, что ОаАЙЧ-сплав (с шириной запрещенной щели -5,5 эВ) проявляет отрицательное сродство к электрону, что является очень перспективным при изготовлении плоских экранов. A1N и сплавы Gai Al N, Al .Ini j.N, (AlN)j.(Si )] j представляют значительный интерес при использовании в высокоэнергетических и высокочастотных электронных устройствах. [c.10] Отсюда, прямые корреляции между параметрами химической связи (папример величинами q) и макроскопическими характеристиками кристалла (температурами плавления, микротвердостью, упругими свойствами и т. д.), зачастую привлекаемыми для описания прочности химической связи , оказываются затруднены. Гораздо более адэкватной характеристикой в этом отношении становится энергия когезии (сцепления) = р - где и Е . — полные энергии кристалла и составляющих его атомов в свободном состоянии, соответственно. Соответствующие результаты (неэмпирические расчеты зонным методом Хартри—Фока [86]) приводятся в табл. 1.3. Видно, что с ростом атомного номера катиона (по группе) когезионные свойства соответствующего нитрида заметно падают, что хорошо согласуется с экспериментальными оценками, см. [86]. [c.15] Результаты расчетов [73—119] широко использовались для описания структурных, упругих свойств нитридов (табл. 1.1), их оптических констант [73, 78, 81, 89, 92,111], спектральных характеристик [73—78, 86—90, 95, 107—111], пьезоэлектрических свойств [84], фононного спектра [114,115], многих других физикохимических параметров. [c.15] Большой цюсл квантовохимических расчетов посвящен проблеме изучения природы фазовых переходов Ш-нитридов под давлением и сравнительному описанию стабильности их полиморфных модификаций. Обсудим эти результаты более подробно. [c.16] Вернуться к основной статье