The importance of aluminum nitride (AIN) stems from its application in microelectronics as a substrate material due to its high thermal conductivity, high electrical resistance, mechanical strength and hardness, thermal durability and chemical stability. yttria (Y₂O₃) is the best additive for AIN sintering, which undergoes densification through a liquid phase mechanism. The surface oxide, Al₂O₃, reacts with the oxide additive, Y₂O₃, to form a Y-Al-O-N liquid that promotes particle rearrangement and densification. Construction of the phase relations in this multicomponent system is becoming essential for further development ofAIN.

Binary diagrams of Al203-Y₂O₃, AlN-Al₂O₃, and AlN-Y₂O₃ were thennodynamically modeled in this work. The obtained Gibbs free energies of the components, stoichiometric phases and solution parameters were used for the calculation of the isothennal sections and liquidus surface of the AlN-Al₂O₃-Y₂O₃ system. Phase evolutions, melting and solidifications in the Al₂O₃-Y₂O₃ phase diagram were investigated using x-ray diffraction and in situ high temperature neutron diffractometry. The phase diagram of AlN-Y₂O₃ system was established and verified experimentally. The predicted temary phase diagram for AIN-Al₂O₃-Y₂O₃ was also verified experimentally using in situ high temperature neutron diffractometry and it has been constructed for the fust rime in this work.

A self-consistent thennodynamic database including all the phases in the AlN-Al₂O₃-Y₂O₃ system was developed during the course ofthis project. This database was used to expIain the experimental results of AIN sintering. It has been found that the samples with high densities had lower liquid formation temperatures, and low thermal conductivity was related to the residual Al₂O₃ and high YAP (Al₂O₃-Y₂O₃) content.

L'importance du nitrure d'aluminium (AIN) provient des applications dans le domaine de la micro-electronique;​ étant une matière utiliser comme substrat dû à sa haute conductivité thermique, haute résistance électrique, force mécanique et dureté, durabilité thermique et stabilité chimique. L'oxyde d'yttrium (Y₂O₃) est le meilleur additif pour le frittage de AIN, et il a été montré que AlN se densifie par un mécanisme en phase liquide où l'oxyde de surface, Al₂O₃, réagit avec l'additif, Y₂O₃, formant un de composition YAl-O-N liquide qui favorise le réarrangement des particules et la densification. La construction des relations de phases dans ce système a plusieur composés devient essentiel pour le développement future de l'AlN.

Les diagrammes binaires Al₂O₃-Y₂O₃, AlN-Al₂O₃, et AlN-Y₂O₃ ont ètè modélisés thermodynamiquement. Les valeurs obtenues de l'énergie Gibbs des composants, les phases stoichiometriques et les paramètres de la solution ont été utilisés pour le calcul des sections isothermales et les liquidus du systèm d'AlN-Al₂0₃-Y₂O₃. L'évolution des phases, les liquéfaitions et les solidifications dans le diagramme de phases Al₂O₃-Y₂O₃ a été enquêté par l'utilisation de la diffraction des rayous X et la diffraction a haute température de neutron en situ. Le diagramme de la phase de système AlN-Y₂O₃ a été établi et vérifié expérimentalement. Le diagramme ternaire de phases prédit a été vérifié expérimentalement par l'utilisation de la diffraction a haute température de neutron en situ. Le diagramme ternaire de phases AlN-Al₂O₃-Y₂O₃ a été construit pour la première fois dans cette recherche.

Une base de données thermodynamiques auto-compatible incluant toutes les phases du système AlN-Al₂O₃-y 203 a été développé au cours de ce projet. Cette base de données a été utilisée pour expliquer les résultats expérimentaux du frittage de l'AlN. On a trouvé que les échantillons possedant une grande densification ont une basse temperature de formation de liquide, et que la faible conductivité thermique est dû à la quantité residuelle d'Al₂O₃ et de la haute teneur en YAP.