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2026-04-13T12:54:49Z

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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Wurtzite polyhedra.png|200px|Struktur von Aluminiumnitrid]]
| Kristallstruktur = Ja
| Strukturhinweis = {{Farbe|#C0C0C0|Kreis=1}} Al3+ {{0}} {{Farbe|#EEEE00|Kreis=1}} N3−
| Summenformel = AlN
| CAS = {{CASRN|24304-00-5}}
| EG-Nummer = 246-140-8
| ECHA-ID = 100.041.931
| PubChem = 90455
| ChemSpider = 81668
| Beschreibung = weißer pulverförmiger Feststoff<ref name="GESTIS" />
| Molare Masse = 40,99 g·[[mol]]−1
| Aggregat = fest<ref name="GESTIS" />
| Dichte = 3,26 g·cm−3<ref name="GESTIS" />
| Schmelzpunkt = > 2400 [[Grad Celsius|°C]] (Zersetzung)<ref name="GESTIS" />
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit = bei Kontakt mit Wasser allmähliche [[Hydrolyse]] unter Ammoniakbildung<ref name="GESTIS" />
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Aluminiumnitrid|ZVG=4980|CAS=24304-00-5|Abruf=2025-01-10}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|08|09}}
| GHS-Signalwort = Achtung
| H = {{H-Sätze|373|410}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|260|270|273}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
| MAK =
| Standardbildungsenthalpie = −318,0 kJ/mol<ref name="CRC90_5_5">{{CRC Handbook|Auflage=90|Titel=Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances|Kapitel=5|Startseite=5}}</ref>
}}

'''Aluminiumnitrid''', Summenformel AlN, ist eine [[chemische Verbindung]] von [[Aluminium]] und [[Stickstoff]]. Es gehört zur Stoffklasse der [[Nitride]] und ist ein [[III-V-Verbindungshalbleiter]] [[Halbleiter mit breitem Bandabstand|mit breiter Bandlücke]].<ref>{{Literatur | Autor= J. Li, K. B. Nam, M. L. Nakarmi, J. Y. Lin, H. X. Jiang | Titel= Band structure and fundamental optical transitions in wurtzite AlN | Sammelwerk= Applied Physics Letters | Band= 83 | Nummer= 25 | Datum=2003 | Seiten=5163–5165 | DOI=10.1063/1.1633965 }}</ref> Die Bandlücke beträgt bei Raumtemperatur <math>E_\mathrm{Gap}=6{,}015\,\text{eV} </math>.<ref>{{Literatur | Autor=Martin Feneberg, Robert A. R. Leute, Benjamin Neuschl, Klaus Thonke, Matthias Bickermann | Titel=High-excitation and high-resolution photoluminescence spectra of bulk AlN | Sammelwerk= Physical Review B | Band=82 | Nummer=7 | Datum=2010 | Seiten=075208 | DOI=10.1103/PhysRevB.82.075208 }}</ref>

== Geschichte ==
Die Existenz der Verbindung wurde erstmals im Jahr 1862 von den deutschen Chemikern [[Friedrich Briegleb]] und [[Johann Georg Anton Geuther]] beschrieben.<ref name="Soukup_anorg">Rolf Werner Soukup: ''Chemiegeschichtliche Daten anorganischer Substanzen,'' Version 2020, S. 6 ([http://www.rudolf-werner-soukup.at/Publikationen/Dokumente/anorganisches_Lexikon_2018_aktualisiert_2020.pdf PDF]).</ref><ref name="Briegleb">F. Briegleb; J. G. A. Geuther: ''Ueber das Stickstoffmagnesium und die Affinitäten des Stickgases zu Metallen'' in [[Ann. Chem. Pharm.]] 123 (1862) 228–241.</ref> Dem irischen Chemiker [[John William Mallet]] gelang die Darstellung des Reinstoffs 1876.<ref name="Mallet">J. W. Mallet: ''On aluminum nitride, and the action of metallic aluminum upon sodium carbonate at high temperatures.'' In: [[J. Chem. Soc.]] Bd. 30, 1876, S. 349–354, {{DOI|10.1039/JS8763000349}}.</ref>

== Synthese ==
Aluminiumnitridpulver lässt sich aus [[Aluminiumoxid]], [[Stickstoff]] bzw. [[Ammoniak]] und [[Kohlenstoff]] im Überschuss bei einer Temperatur ab 1600 °C in einer carbothermischen Reaktion darstellen:

:<math>\mathrm{2 \ Al_2O_3 + 9 \ C + 4 \ NH_3 \longrightarrow 4 \ AlN + 3 \ CH_4 + 6 \ CO}</math>

:<math>\mathrm{Al_2O_3 + 3 \ C + N_2 \longrightarrow 2 \ AlN + 3 \ CO}</math>

Ein weiterer Weg ist die Direktnitridierung. Bei dieser Syntheseart wird metallisches Aluminium- bzw. Aluminiumoxidpulver bei Temperaturen ab 900 °C mit N2 oder NH3 zu AlN umgesetzt:

:<math>\mathrm{2 \ Al + N_2 \longrightarrow 2 \ AlN}</math>

:<math>\mathrm{Al_2O_3 + 2 \ NH_3 \longrightarrow 2 \ AlN + 3 \ H_2O}</math>

== Eigenschaften ==
[[Datei:Aluminium Nitride.jpg|mini|links|Aluminiumnitrid]]
Aluminiumnitrid ist ein weißer, brennbarer, aber schwer entzündbarer pulverförmiger Feststoff mit ammoniakartigem Geruch, der sich in Wasser zersetzt.<ref name="GESTIS" /> Er kristallisiert in der [[Wurtzit]]-Struktur mit der hexagonalen {{Raumgruppe|P63mc|lang}}. Die Aluminiumatome bilden eine [[Dichteste Kugelpackung]] auf einem hexagonalen Gitter, die N-Atome besetzen die Hälfte der [[Tetraederlücke|tetraedrischen Lücken]] dieses Gitters. Die [[Gitterparameter|Gitterkonstanten]] betragen ''a'' = 311,0 pm und ''c'' = 498,0 pm.<ref>{{Literatur |Autor=Heinz Schulz, K. H. Thiemann |Titel=Crystal structure refinement of AlN and GaN |Sammelwerk=Solid State Communications |Band=23 |Nummer=11 |Verlag= |Datum=1977 |Seiten=815–819 |DOI=10.1016/0038-1098(77)90959-0}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=P. Motamedi, K. Cadien |Titel=Structural and optical characterization of low-temperature ALD crystalline AlN |Sammelwerk=Journal of Crystal Growth |Band=421 |Verlag= |Datum=2015 |Seiten=45–52 |DOI=10.1016/j.jcrysgro.2015.04.009}}</ref> Die [[Dichte]] von AlN liegt bei 3,26 g/cm³. Aluminium und Stickstoff sind überwiegend [[Atombindung|kovalent]] gebunden, der Anteil der ionischen Bindung beträgt 45 %. Die relative [[Molekülmasse]] Mr beträgt 40,99 u. Unter Stickstoffatmosphäre besitzt es einen [[Schmelzpunkt]] von über 2200 °C und eine [[Härte]] nach Mohs von 9. Ab 2400 °C zersetzt sich die Verbindung.<ref name="GESTIS" />

AlN zeigt einen [[Piezoelektrizität|piezoelektrischen Effekt]] und findet beispielsweise bedeutende Anwendung in der Herstellung von Filtern für Mikrowellensignale in Smartphones.

== Reaktionsverhalten ==
Aluminiumnitridpulver weist eine hohe [[Hydrolyse]]empfindlichkeit auf. Im Wasser ist eine unvollständige Spaltung von Aluminiumnitrid in [[Aluminiumhydroxid]] und [[Ammoniak]] zu beobachten. Gesinterte Keramik ist nicht hydrolyseempfindlich. In [[Natronlauge]] zersetzt sich Aluminiumnitrid sowohl als Pulver als auch als gesinterte Keramik zu Ammoniak und [[Aluminate|Aluminat]]lösung gemäß:

:<math>\mathrm{AlN + NaOH + 3 \ H_2O \longrightarrow NH_3 + Na[Al(OH)_4]}</math>

== Aluminiumnitridkeramik ==
Aluminiumnitridkeramik wird üblicherweise bei Temperaturen von ca. 1800 °C drucklos [[Sintern|gesintert]]. Mit Hilfe geeigneter Sinteradditive kommt es hierbei zum Flüssigphasensintern. In der Praxis hat sich die Dotierung mit [[Calciumoxid|Calcium-]] und [[Yttriumoxid]] als Standardverfahren weitgehend durchgesetzt.

AlN-Keramik besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von 180 W/(m·K). Der Einsatz von AlN-Keramik ist somit dort interessant, wo viel Wärme abgeführt werden muss, der Werkstoff jedoch nicht elektrisch leitend sein darf. AlN-Keramik wird vor allem in der Leistungselektronik als Substratwerkstoff verwendet.

In industriellem Maßstab wird Aluminiumnitrid durch physikalische Abscheideverfahren ([[Physikalische Gasphasenabscheidung|PVD]]), [[Sputtern]] oder durch [[metallorganische chemische Gasphasenabscheidung]] (MOCVD) als Dünnschicht gewonnen.<ref>{{Literatur |Autor=Ruixian Yu, Guangxia Liu, Guodong Wang, Chengmin Chen, Mingsheng Xu, Hong Zhou, Tailin Wang, Jiaoxian Yu, Gang Zhao, Lei Zhang |Titel=Ultrawide-bandgap semiconductor AlN crystals: growth and applications |Sammelwerk=Journal of Materials Chemistry C |Band=9 |Nummer=6 |Verlag= |Datum=2021 |Seiten=1852–1873 |DOI=10.1039/D0TC04182C}}</ref>

== Weblinks ==
* [http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/AlN/index.html Physikalische Daten, Ioffe-Institut St.Petersburg] (engl.)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4226770-5|LCCN=sh/94/006127}}

[[Kategorie:Nicht-Oxidkeramik]]
[[Kategorie:Aluminiumverbindung]]
[[Kategorie:Nitrid]]
[[Kategorie:Verbindungshalbleiter]]
[[Kategorie:Beschichtungswerkstoff]]

Aluminiumnitrid - Versionsgeschichte

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