高純度窒化アルミニウム (AlN) がなぜ重要なのか?

窒化アルミニウム（AlN） 性能は純度、特に酸素 (O)、炭素 (C)、金属不純物 (Fe、Na など) の含有量に大きく依存します。

酸素不純物 → Al₂O₃ または AlON 相を形成し、熱伝導率が大幅に低下します（酸素が 1% 増加するごとに熱伝導率は 10～20 W/(m·K) 低下します）。

金属不純物 → 半導体デバイスのキャリア移動度を低下させ、性能を低下させます。

炭素不純物→高温でAl₄C₃を生成し、材料の脆化を引き起こします。

現在、市販のAlN粉末の純度は通常99.5%～99.9%（酸素含有量>0.5%）であるが、ハイエンド用途（半導体基板など）では酸素含有量が <0.1%でも <100ppm。

高純度窒化アルミニウムを実現するには？

1. AlN粉末の精製技術

①表面改質（H₃PO₄処理）

リン酸 (H₃PO₄) は AlN 上に保護層を形成し、加水分解を抑制します (Al₂O₃ の形成を減らします)。

利点: 操作が簡単で、工業生産に適しています。

制限: 結晶格子内の酸素不純物を除去できません。

②高温熱処理 （2000～2200℃）

還元雰囲気（H₂/N₂）で熱処理し不純物を揮発させます。

結果：酸素含有量は220ppmまで低減でき、金属不純物は <1ppm。

課題: 高度な設備 (タングステンるつぼ) が必要、AlN 昇華損失 (2200°C で約 0.5 ～ 1%/h)。

2. AlNセラミックの精製技術

①NH₄F焼結助剤

NH₄F は NH₃ と HF に分解され、Al₂O₃ と反応して揮発性の副産物 (例: AlF₃) を形成し、酸素含有量を減少させます。

利点: 新たな不純物が導入されず、セラミックの純度が向上します。

②高温焼鈍処理

1800 ～ 1900°C で熱処理することにより、粒界相を揮発させ、微細構造を最適化し、熱伝導率を向上させます。

将来の動向：高純度、低コスト

高度な精製方法: プラズマ支援精製、溶媒抽出、CVD (化学蒸着) による超高純度 AlN フィルム。

スケーラブルな生産: 高温プロセスを最適化し、AlN の損失とコストを削減します。

複合材料: 性能を向上させる AlN-グラフェン、AlN-SiC ハイブリッド熱材料。

結論：窒化アルミニウム - 未来技術の中核材料

5G、電気自動車（EV）、深紫外線LED、航空宇宙技術の急速な成長に伴い、高純度AlNの需要は急増するでしょう。高度な精製技術と焼結技術により、AlNは以下の分野で重要な役割を果たすでしょう。

① 半導体デバイス（GaN-on-AlN、パワーエレクトロニクス）

②高出力RFおよび5G基地局

③EVパワーモジュールと熱管理

④深紫外線LED基板（UVC殺菌）

⑤航空宇宙および極限環境アプリケーション

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厦門ジュチテクノロジー株式会社は、高性能の研究開発、生産、販売を専門とするハイテク企業です。 窒化アルミニウム（AlN）セラミック 当社は、5G通信、半導体パッケージング、パワーエレクトロニクス、新エネルギー車、航空宇宙などの分野向けに、高熱伝導性と高純度の窒化アルミニウムセラミックソリューションを提供することに注力しています。 AlN基板顧客の要求に応じてさまざまな仕様の構造部品や機能デバイスを製造しています。

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