Tans,silikonkarbied (SiC)is 'n termies geleidende keramiek materiaal wat aktief bestudeer word by die huis en in die buiteland. Die teoretiese termiese geleidingsvermoë van SiC is baie hoog, en sommige kristalvorms kan 270W/mK bereik, wat reeds 'n leier onder nie-geleidende materiale is. Die toepassing van SiC-termiese geleidingsvermoë kan byvoorbeeld gesien word in die substraatmateriale van halfgeleiertoestelle, hoë termiese geleidingsvermoë keramiekmateriale, verwarmers en verwarmingsplate vir halfgeleierverwerking, kapsulemateriaal vir kernbrandstof en gasseëlringe vir kompressorpompe.
Toepassing vansilikonkarbiedin die halfgeleierveld
Slypskywe en toebehore is belangrike prosestoerusting vir silikonwafelproduksie in die halfgeleierbedryf. As die slypskyf van gietyster of koolstofstaal gemaak is, is sy lewensduur kort en sy termiese uitsettingskoëffisiënt is groot. Tydens die verwerking van silikonwafels, veral tydens hoëspoed-slyp of polering, as gevolg van die slytasie en termiese vervorming van die slypskyf, is die platheid en parallelisme van die silikonwafer moeilik om te waarborg. Die slypskyf gemaak vansilikonkarbied keramiekhet lae slytasie as gevolg van sy hoë hardheid, en sy termiese uitsettingskoëffisiënt is basies dieselfde as dié van silikonwafels, dus kan dit teen hoë spoed gemaal en gepoleer word.
Daarbenewens, wanneer silikonwafels vervaardig word, moet hulle hoë-temperatuur hittebehandeling ondergaan en word dit dikwels vervoer met behulp van silikonkarbied-toebehore. Hulle is hittebestand en nie-vernietigend. Diamantagtige koolstof (DLC) en ander bedekkings kan op die oppervlak aangebring word om werkverrigting te verbeter, wafelskade te verlig en te voorkom dat besoedeling versprei.
Verder, as 'n verteenwoordiger van die derde generasie wye bandgaping halfgeleier materiale, het silikonkarbied enkelkristal materiale eienskappe soos groot bandgaping breedte (ongeveer 3 keer dié van Si), hoë termiese geleidingsvermoë (ongeveer 3,3 keer dié van Si of 10 keer dié van Si). dié van GaAs), hoë elektronversadigingsmigrasietempo (ongeveer 2,5 keer dié van Si) en hoë afbreek elektriese veld (ongeveer 10 keer dié van Si of 5 keer dié van GaAs). SiC-toestelle maak op vir die gebreke van tradisionele halfgeleiermateriaaltoestelle in praktiese toepassings en word geleidelik die hoofstroom van kraghalfgeleiers.
Die vraag na silikonkarbiedkeramiek met 'n hoë termiese geleidingsvermoë het dramaties toegeneem
Met die voortdurende ontwikkeling van wetenskap en tegnologie het die vraag na die toepassing van silikonkarbiedkeramiek in die halfgeleierveld dramaties toegeneem, en hoë termiese geleidingsvermoë is 'n sleutelaanwyser vir die toepassing daarvan in halfgeleiervervaardigingstoerustingkomponente. Daarom is dit van kardinale belang om die navorsing oor silikonkarbiedkeramiek met hoë termiese geleidingsvermoë te versterk. Die vermindering van die roostersuurstofinhoud, die verbetering van die digtheid en redelike regulering van die verspreiding van die tweede fase in die rooster is die hoofmetodes om die termiese geleidingsvermoë van silikonkarbiedkeramiek te verbeter.
Tans is daar min studies oor silikonkarbiedkeramiek met 'n hoë termiese geleidingsvermoë in my land, en daar is steeds 'n groot gaping in vergelyking met die wêreldvlak. Toekomstige navorsingsrigtings sluit in:
●Versterk die voorbereidingsprosesnavorsing van silikonkarbiedkeramiekpoeier. Die voorbereiding van silikonkarbiedpoeier met 'n hoë suiwerheid en lae suurstof is die basis vir die voorbereiding van silikonkarbiedkeramiek met 'n hoë termiese geleidingsvermoë;
● Versterk die keuse van sinterhulpmiddels en verwante teoretiese navorsing;
●Versterk die navorsing en ontwikkeling van hoë-end sintertoerusting. Deur die sinterproses te reguleer om 'n redelike mikrostruktuur te verkry, is dit 'n noodsaaklike voorwaarde om silikonkarbiedkeramiek met 'n hoë termiese geleidingsvermoë te verkry.
Maatreëls om die termiese geleidingsvermoë van silikonkarbiedkeramiek te verbeter
Die sleutel tot die verbetering van die termiese geleidingsvermoë van SiC-keramiek is om die fononverstrooiingsfrekwensie te verminder en die fonon gemiddelde vrye pad te verhoog. Die termiese geleidingsvermoë van SiC sal effektief verbeter word deur die porositeit en korrelgrensdigtheid van SiC keramiek te verminder, die suiwerheid van SiC korrelgrense te verbeter, SiC rooster onsuiwerhede of roosterdefekte te verminder, en die hittevloei transmissie draer in SiC te verhoog. Op die oomblik is die optimalisering van die tipe en inhoud van sinterhulpmiddels en hoë-temperatuur hittebehandeling die belangrikste maatreëls om die termiese geleidingsvermoë van SiC-keramiek te verbeter.
① Optimalisering van die tipe en inhoud van sinterhulpmiddels
Verskeie sinterhulpmiddels word dikwels bygevoeg wanneer SiC-keramiek met 'n hoë termiese geleidingsvermoë voorberei word. Onder hulle het die tipe en inhoud van sinterhulpmiddels 'n groot invloed op die termiese geleidingsvermoë van SiC-keramiek. Byvoorbeeld, Al- of O-elemente in die Al2O3-stelsel sinterhulpmiddels word maklik in die SiC-rooster opgelos, wat lei tot vakatures en defekte, wat lei tot 'n toename in die fononverstrooiingsfrekwensie. Daarbenewens, as die inhoud van sinterhulpmiddels laag is, is die materiaal moeilik om te sinter en verdig, terwyl 'n hoë inhoud van sinterhulpmiddels tot 'n toename in onsuiwerhede en defekte sal lei. Oormatige sinterhulpmiddels in vloeibare fase kan ook die groei van SiC-korrels inhibeer en die gemiddelde vrye pad van fononen verminder. Daarom, om hoë termiese geleidingsvermoë SiC-keramiek voor te berei, is dit nodig om die inhoud van sinterhulpmiddels so veel as moontlik te verminder terwyl aan die vereistes van sinterdigtheid voldoen word, en probeer sinterhulpmiddels kies wat moeilik is om in die SiC-rooster op te los.
*Termiese eienskappe van SiC-keramiek wanneer verskillende sinterhulpmiddels bygevoeg word
Tans het warmgeperste SiC-keramiek wat met BeO as sinterhulpmiddel gesinter is, die maksimum kamertemperatuur termiese geleidingsvermoë (270W·m-1·K-1). BeO is egter 'n hoogs giftige materiaal en kankerverwekkend, en is nie geskik vir wydverspreide toepassing in laboratoriums of industriële velde nie. Die laagste eutektiese punt van die Y2O3-Al2O3-stelsel is 1760 ℃, wat 'n algemene vloeistoffase-sinterhulpmiddel vir SiC-keramiek is. Aangesien Al3+ egter maklik in die SiC-rooster opgelos word, wanneer hierdie stelsel as 'n sinterhulpmiddel gebruik word, is die kamertemperatuur termiese geleidingsvermoë van SiC-keramiek minder as 200W·m-1·K-1.
Skaars aardelemente soos Y, Sm, Sc, Gd en La is nie maklik oplosbaar in SiC-rooster nie en het hoë suurstofaffiniteit, wat die suurstofinhoud van SiC-rooster effektief kan verminder. Daarom is Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) stelsel 'n algemene sinterhulpmiddel vir die voorbereiding van hoë termiese geleidingsvermoë (>200W·m-1·K-1) SiC-keramiek. Neem die Y2O3-Sc2O3-stelsel sinterhulpmiddel as 'n voorbeeld, die ioonafwykingswaarde van Y3+ en Si4+ is groot, en die twee ondergaan nie vaste oplossing nie. Die oplosbaarheid van Sc in suiwer SiC by 1800~2600℃ is klein, ongeveer (2~3)×1017atome·cm-3.
② Hoë temperatuur hittebehandeling
Hoë temperatuur hittebehandeling van SiC keramiek is bevorderlik vir die uitskakeling van roosterdefekte, ontwrigtings en oorblywende spanning, bevorder die strukturele transformasie van sommige amorfe materiale na kristalle, en verswak die fononverstrooiingseffek. Daarbenewens kan hoë-temperatuur hittebehandeling die groei van SiC-korrels effektief bevorder, en uiteindelik die termiese eienskappe van die materiaal verbeter. Byvoorbeeld, na hoë-temperatuur hittebehandeling by 1950°C, het die termiese diffusiekoëffisiënt van SiC keramiek van 83.03mm2·s-1 tot 89.50mm2·s-1 toegeneem, en die kamertemperatuur termiese geleidingsvermoë het toegeneem van 180.94W·m -1·K-1 tot 192.17W·m-1·K-1. Hoëtemperatuur-hittebehandeling verbeter effektief die deoksidasievermoë van die sinterhulpmiddel op die SiC-oppervlak en rooster, en maak die verbinding tussen SiC-korrels stywer. Na hoë-temperatuur hittebehandeling is die kamertemperatuur termiese geleidingsvermoë van SiC keramiek aansienlik verbeter.
Postyd: 24 Oktober 2024