Получение новых материалов с необычной структурой, в первую очередь, для микро- и наноэлектроники является актуальной задачей современности. Комплекс уникальных свойств нитрида алюминия: высокая теплопроводность и низкая электропроводность определяют области его применения: подложки в микроэлектронике, в производстве светодиодов и полупроводниковых приборов и др. Известно, что при сгорании нанопорошка (НП) алюминия в воздухе в продуктах сгорания стабилизируется до 83 мас. % нитрида алюминия [1].
Целью данной работы являлось получение нитевидных кристаллов нитрида алюминия и изучение их микроструктуры.
В работе использовали НП алюминия, полученный в условиях электрического взрыва проводников в среде аргона [2]. Процесс горения НП алюминия осуществляли в виде конической навески при свободном доступе воздуха. Полученные продукты подвергали дезагрегированию и проводили рентгенофазовый анализ и микроскопические исследования. Процесс горения НП алюминия в воздухе протекает в две стадии [3]. Химическое связывание азота в присутствии кислорода наблюдается на второй высокотемпературной стадии: образец разогревается за счет окисления до 2200–2400°С. При этом на данной стадии наблюдаются колебательные процессы: последовательное повышение и понижение скорости горения, температуры (± 300°С) и яркости свечения горящего образца. В момент повышения указанных параметров происходит дезактивация молекулярного кислорода: перевод его из триплетного в синглетное неактивное состояние, в результате чего становится возможным взаимодействие алюминия только с азотом воздуха. В стандартных условиях энтальпия образования нитрида алюминия в 2,5 раза меньше, чем энтальпия образования оксида, что приводит к резкому снижению параметров горения, активированию кислорода и повышению параметров горения.
В результате исследований был сделан вывод о том, что процесс нитридообразования протекает через газовую фазу на стадии повышения параметров горения, а конденсация и стабилизация нитрида алюминия протекает на стадии снижения параметров горения. В этих условиях формируются нитевидные кристаллы нитрида алюминия. Такие процессы особенно заметны при горении относительно больших по массе образцов НП алюминия. При этом экспериментально наблюдали до 5 циклов колебания параметров горения. Результатом таких колебаний параметров является формирование многоуровневых (до трех уровней) наноразмерных нитевидных кристаллов нитрида алюминия.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 15-03-05385.