у цяперашні час,карбід крэмнія (SiC)гэта цеплаправодны керамічны матэрыял, які актыўна вывучаецца ў краіне і за мяжой. Тэарэтычная цеплаправоднасць SiC вельмі высокая, і некаторыя формы крышталяў могуць дасягаць 270 Вт/мК, што ўжо з'яўляецца лідэрам сярод неправодных матэрыялаў. Напрыклад, прымяненне цеплаправоднасці SiC можна ўбачыць у матэрыялах падкладак паўправадніковых прыбораў, керамічных матэрыялах з высокай цеплаправоднасцю, награвальніках і награвальных пласцінах для апрацоўкі паўправаднікоў, матэрыялах капсул для ядзернага паліва і газавых ушчыльняльных кольцах для кампрэсарных помпаў.
Прымяненнекарбід крэмніюу галіне паўправаднікоў
Шліфавальныя дыскі і прыстасаванні з'яўляюцца важным тэхналагічным абсталяваннем для вытворчасці крэмніевых пласцін у паўправадніковай прамысловасці. Калі шліфавальны дыск зроблены з чыгуну або вугляродзістай сталі, тэрмін яго службы невялікі, а каэфіцыент цеплавога пашырэння вялікі. Падчас апрацоўкі крамянёвых пласцін, асабліва падчас высакахуткаснага шліфавання або паліроўкі, з-за зносу і тэрмічнай дэфармацыі шліфавальнага дыска цяжка гарантаваць плоскасць і паралельнасць крамянёвай пласціны. Шліфавальны дыск зкераміка з карбіду крэмніюмае нізкі знос з-за высокай цвёрдасці, а яго каэфіцыент цеплавога пашырэння ў асноўным такі ж, як у крэмніевых пласцін, таму яго можна шліфаваць і паліраваць на высокай хуткасці.
Акрамя таго, калі крамянёвыя пласціны вырабляюцца, яны павінны прайсці высокатэмпературную тэрмічную апрацоўку і часта транспартуюцца з выкарыстаннем прыстасаванняў з карбіду крэмнію. Яны тэрмаўстойлівыя і неразбуральныя. Алмазападобны вуглярод (DLC) і іншыя пакрыцці могуць быць нанесены на паверхню для павышэння прадукцыйнасці, памяншэння пашкоджанняў пласцін і прадухілення распаўсюджвання забруджвання.
Акрамя таго, як прадстаўнік шыроказонных паўправадніковых матэрыялаў трэцяга пакалення, монакрышталі карбіду крэмнію валодаюць такімі ўласцівасцямі, як шырыня забароненай зоны (прыкладна ў 3 разы большая, чым у Si), высокая цеплаправоднасць (прыкладна ў 3,3 разы большая, чым у Si або ў 10 разоў у GaAs), высокая хуткасць міграцыі насычэння электронаў (прыкладна ў 2,5 разы большая, чым у Si) і моцнае электрычнае поле прабоя (каля 10 разоў больш, чым у Si або ў 5 разоў больш, чым у GaAs). Прылады SiC кампенсуюць дэфекты традыцыйных прылад з паўправадніковых матэрыялаў у практычных прымяненнях і паступова становяцца асноўным напрамкам сілавых паўправаднікоў.
Попыт на кераміку з карбіду крэмнія з высокай цеплаправоднасцю рэзка ўзрос
З бесперапынным развіццём навукі і тэхнікі попыт на прымяненне керамікі з карбіду крэмнію ў галіне паўправаднікоў рэзка ўзрос, і высокая цеплаправоднасць з'яўляецца ключавым паказчыкам яе прымянення ў кампанентах абсталявання для вытворчасці паўправаднікоў. Такім чынам, вельмі важна ўзмацніць даследаванні керамікі з карбіду крэмнію з высокай цеплаправоднасцю. Зніжэнне ўтрымання кіслароду ў рашотцы, павышэнне шчыльнасці і разумнае рэгуляванне размеркавання другой фазы ў рашотцы з'яўляюцца асноўнымі метадамі паляпшэння цеплаправоднасці керамікі з карбіду крэмнію.
У цяперашні час у маёй краіне праводзіцца мала даследаванняў керамікі з карбіду крэмнію з высокай цеплаправоднасцю, і існуе вялікі разрыў у параўнанні з сусветным узроўнем. Будучыя напрамкі даследаванняў ўключаюць:
● Узмацніць даследаванне працэсу падрыхтоўкі керамічнага парашка з карбіду крэмнію. Падрыхтоўка высокачыстага парашка карбіду крэмнію з нізкім утрыманнем кіслароду з'яўляецца асновай для падрыхтоўкі керамікі з карбіду крэмнію з высокай цеплаправоднасцю;
● Узмацніць выбар дапаможных сродкаў для спякання і звязаныя з імі тэарэтычныя даследаванні;
●Умацаванне даследаванняў і распрацовак высокакласнага абсталявання для спякання. Рэгуляванне працэсу спякання для атрымання разумнай мікраструктуры з'яўляецца неабходнай умовай для атрымання керамікі з карбіду крэмнію з высокай цеплаправоднасцю.
Меры па паляпшэнню цеплаправоднасці керамікі з карбіду крэмнію
Ключ да паляпшэння цеплаправоднасці керамікі SiC заключаецца ў зніжэнні частаты рассейвання фанонаў і павелічэнні даўжыні вольнага прабегу фанонаў. Цеплаправоднасць SiC будзе эфектыўна палепшана за кошт памяншэння сітаватасці і шчыльнасці межаў зерняў керамікі SiC, паляпшэння чысціні межаў зерняў SiC, памяншэння прымешак або дэфектаў рашоткі SiC і павелічэння носьбіта перадачы цеплавога патоку ў SiC. У цяперашні час аптымізацыя тыпу і ўтрымання дапаможных рэчываў для спякання і высокатэмпературная тэрмаапрацоўка з'яўляюцца асноўнымі мерамі па паляпшэнні цеплаправоднасці керамікі SiC.
① Аптымізацыя тыпу і зместу дапаможных сродкаў для спякання
Пры падрыхтоўцы керамікі SiC з высокай цеплаправоднасцю часта дадаюць розныя дабаўкі для спякання. Сярод іх тып і ўтрыманне дапаможных рэчываў для спякання аказваюць вялікі ўплыў на цеплаправоднасць керамікі SiC. Напрыклад, элементы Al або O у дапаможных сродках для спекання сістэмы Al2O3 лёгка раствараюцца ў рашотцы SiC, што прыводзіць да вакансій і дэфектаў, што прыводзіць да павелічэння частоты рассейвання фанонаў. Акрамя таго, калі ўтрыманне дапаможных рэчываў для спекання нізкае, матэрыял цяжка спякаць і ўшчыльняць, у той час як высокае ўтрыманне дапаможных рэчываў для спекання прывядзе да павелічэння колькасці прымешак і дэфектаў. Празмерная колькасць дапаможных сродкаў для спякання ў вадкай фазе можа таксама перашкаджаць росту зерняў SiC і памяншаць сярэднюю даўжыню вольнага прабегу фанонаў. Такім чынам, каб прыгатаваць кераміку SiC з высокай цеплаправоднасцю, неабходна максімальна знізіць утрыманне дапаможных рэчываў для спекання, выконваючы патрабаванні шчыльнасці спекання, і паспрабаваць выбраць дапаможныя рэчывы для спекання, якія цяжка раствараюцца ў рашотцы SiC.
*Цеплавыя ўласцівасці керамікі SiC пры даданні розных дапаможнікаў для спякання
У цяперашні час максімальную цеплаправоднасць пры пакаёвай тэмпературы (270 Вт·м-1·К-1) мае кераміка SiC гарачага прэсавання, спеченная з BeO у якасці дапаможнага дапаможніка для спякання. Аднак ВеО з'яўляецца вельмі таксічным і канцэрагенным матэрыялам і не падыходзіць для шырокага прымянення ў лабараторыях і прамысловых галінах. Самая нізкая эўтэктычная кропка сістэмы Y2O3-Al2O3 складае 1760 ℃, што з'яўляецца звычайнай вадкаснай дапамогаю для спякання керамікі SiC. Аднак, паколькі Al3+ лёгка раствараецца ў рашотцы SiC, калі гэтая сістэма выкарыстоўваецца ў якасці дапаможніка для спякання, цеплаправоднасць SiC керамікі пры пакаёвай тэмпературы складае менш за 200 Вт·м-1·K-1.
Рэдказямельныя элементы, такія як Y, Sm, Sc, Gd і La, цяжка раствараюцца ў рашотцы SiC і маюць высокае сродства да кіслароду, што можа эфектыўна зніжаць утрыманне кіслароду ў рашотцы SiC. Такім чынам, сістэма Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) з'яўляецца звычайнай дапамогай для спякання для падрыхтоўкі керамікі SiC з высокай цеплаправоднасцю (>200 Вт·м-1·K-1). Прымаючы ў якасці прыкладу дапаможнік для спякання сістэмы Y2O3-Sc2O3, значэнне адхілення іёнаў Y3+ і Si4+ вялікае, і яны не падвяргаюцца цвёрдаму раствору. Растваральнасць Sc у чыстым SiC пры 1800~2600 ℃ невялікая, каля (2~3)×1017 атамаў·см-3.
② Высокая тэмпература тэрмічнай апрацоўкі
Высокатэмпературная тэрмічная апрацоўка керамікі SiC спрыяе ліквідацыі дэфектаў рашоткі, дыслакацый і рэшткавых напружанняў, спрыяе структурнай трансфармацыі некаторых аморфных матэрыялаў у крышталі і аслабляе эфект рассейвання фанонаў. Акрамя таго, высокатэмпературная тэрмаапрацоўка можа эфектыўна спрыяць росту зерняў SiC і ў канчатковым выніку палепшыць цеплавыя ўласцівасці матэрыялу. Напрыклад, пасля высокатэмпературнай тэрмічнай апрацоўкі пры 1950°C каэфіцыент цеплавой дыфузіі керамікі SiC павялічыўся з 83,03 мм2·с-1 да 89,50 мм2·с-1, а цеплаправоднасць пры пакаёвай тэмпературы павялічылася са 180,94 Вт·м -1·K-1 да 192,17 Вт·м-1·K-1. Высокатэмпературная тэрмічная апрацоўка эфектыўна паляпшае здольнасць да раскіслення дапаможніка для спякання на паверхні і рашотцы SiC і робіць сувязь паміж зернямі SiC больш шчыльнай. Пасля высокатэмпературнай тэрмічнай апрацоўкі цеплаправоднасць керамікі SiC пры пакаёвай тэмпературы значна палепшылася.
Час публікацыі: 24 кастрычніка 2024 г