Ar hyn o bryd,carbid silicon (SiC)yn ddeunydd cerameg dargludol thermol sy'n cael ei astudio'n weithredol gartref a thramor. Mae dargludedd thermol damcaniaethol SiC yn uchel iawn, a gall rhai ffurfiau grisial gyrraedd 270W / mK, sydd eisoes yn arweinydd ymhlith deunyddiau nad ydynt yn ddargludol. Er enghraifft, gellir gweld cymhwyso dargludedd thermol SiC yn y deunyddiau swbstrad o ddyfeisiau lled-ddargludyddion, deunyddiau cerameg dargludedd thermol uchel, gwresogyddion a phlatiau gwresogi ar gyfer prosesu lled-ddargludyddion, deunyddiau capsiwl ar gyfer tanwydd niwclear, a modrwyau selio nwy ar gyfer pympiau cywasgwr.
Cymhwysiad osilicon carbidyn y maes lled-ddargludyddion
Mae disgiau malu a gosodiadau yn offer proses pwysig ar gyfer cynhyrchu wafferi silicon yn y diwydiant lled-ddargludyddion. Os yw'r disg malu wedi'i wneud o haearn bwrw neu ddur carbon, mae ei fywyd gwasanaeth yn fyr ac mae ei gyfernod ehangu thermol yn fawr. Wrth brosesu wafferi silicon, yn enwedig yn ystod malu neu sgleinio cyflym, oherwydd traul ac anffurfiad thermol y disg malu, mae'n anodd gwarantu gwastadrwydd a chyfochrogrwydd y wafer silicon. Y ddisg malu wedi'i gwneud ocerameg silicon carbidwedi gwisgo'n isel oherwydd ei chaledwch uchel, ac mae ei gyfernod ehangu thermol yn y bôn yr un fath â wafferi silicon, felly gellir ei falu a'i sgleinio ar gyflymder uchel.
Yn ogystal, pan gynhyrchir wafferi silicon, mae angen iddynt gael triniaeth wres tymheredd uchel ac yn aml maent yn cael eu cludo gan ddefnyddio gosodiadau carbid silicon. Maent yn gallu gwrthsefyll gwres ac nad ydynt yn ddinistriol. Gellir gosod carbon tebyg i ddiamwnt (DLC) a haenau eraill ar yr wyneb i wella perfformiad, lliniaru difrod wafferi, ac atal halogiad rhag lledaenu.
Ar ben hynny, fel cynrychiolydd o ddeunyddiau lled-ddargludyddion bandgap llydan y drydedd genhedlaeth, mae gan ddeunyddiau crisial sengl carbid silicon briodweddau megis lled bandgap mawr (tua 3 gwaith yn fwy na Si), dargludedd thermol uchel (tua 3.3 gwaith yn fwy na Si neu 10 gwaith hynny o GaAs), cyfradd mudo dirlawnder electronau uchel (tua 2.5 gwaith yn fwy na Si) a maes trydan dadelfennu uchel (tua 10 gwaith yn fwy na Si neu 5 gwaith yn fwy na GaAs). Mae dyfeisiau SiC yn gwneud iawn am ddiffygion dyfeisiau deunydd lled-ddargludyddion traddodiadol mewn cymwysiadau ymarferol ac yn raddol maent yn dod yn brif ffrwd lled-ddargludyddion pŵer.
Mae'r galw am serameg carbid silicon dargludedd thermol uchel wedi cynyddu'n ddramatig
Gyda datblygiad parhaus gwyddoniaeth a thechnoleg, mae'r galw am gymhwyso serameg carbid silicon yn y maes lled-ddargludyddion wedi cynyddu'n ddramatig, ac mae dargludedd thermol uchel yn ddangosydd allweddol ar gyfer ei gymhwyso mewn cydrannau offer gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion. Felly, mae'n hanfodol cryfhau'r ymchwil ar serameg carbid silicon dargludedd thermol uchel. Lleihau'r cynnwys ocsigen delltog, gwella'r dwysedd, a rheoleiddio dosbarthiad yr ail gam yn y dellt yn rhesymol yw'r prif ddulliau i wella dargludedd thermol cerameg carbid silicon.
Ar hyn o bryd, nid oes llawer o astudiaethau ar serameg carbid silicon dargludedd thermol uchel yn fy ngwlad, ac mae bwlch mawr o hyd o'i gymharu â lefel y byd. Mae cyfeiriadau ymchwil yn y dyfodol yn cynnwys:
● Cryfhau'r broses o baratoi ymchwil i bowdr ceramig carbid silicon. Paratoi powdr carbid silicon uchel-purdeb, isel-ocsigen yw'r sail ar gyfer paratoi cerameg carbid silicon dargludedd thermol uchel;
● Cryfhau'r dewis o gymhorthion sintro ac ymchwil ddamcaniaethol gysylltiedig;
● Cryfhau ymchwil a datblygiad offer sintro pen uchel. Trwy reoleiddio'r broses sintering i gael microstrwythur rhesymol, mae'n amod angenrheidiol i gael cerameg carbid silicon dargludedd thermol uchel.
Mesurau i wella dargludedd thermol cerameg carbid silicon
Yr allwedd i wella dargludedd thermol cerameg SiC yw lleihau amlder gwasgariad ffonon a chynyddu llwybr di-dâl cymedrig y ffonon. Bydd dargludedd thermol SiC yn cael ei wella'n effeithiol trwy leihau mandylledd a dwysedd ffin grawn serameg SiC, gwella purdeb ffiniau grawn SiC, lleihau amhureddau dellt SiC neu ddiffygion dellt, a chynyddu'r cludwr trosglwyddo llif gwres yn SiC. Ar hyn o bryd, optimeiddio math a chynnwys cymhorthion sintro a thriniaeth wres tymheredd uchel yw'r prif fesurau i wella dargludedd thermol cerameg SiC.
① Optimeiddio math a chynnwys cymhorthion sintro
Yn aml, ychwanegir cymhorthion sintro amrywiol wrth baratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel. Yn eu plith, mae math a chynnwys cymhorthion sintro yn cael dylanwad mawr ar ddargludedd thermol cerameg SiC. Er enghraifft, mae elfennau Al neu O yn y cymhorthion sintering system Al2O3 yn hawdd eu toddi i mewn i'r dellt SiC, gan arwain at swyddi gwag a diffygion, sy'n arwain at gynnydd yn amlder gwasgaru phonon. Yn ogystal, os yw cynnwys cymhorthion sintering yn isel, mae'r deunydd yn anodd ei sinter a'i ddwysáu, tra bydd cynnwys uchel o gymhorthion sintering yn arwain at gynnydd mewn amhureddau a diffygion. Gall gormod o gymhorthion sintro cyfnod hylif hefyd atal tyfiant grawn SiC a lleihau llwybr cymedrig rhad ac am ddim ffonnau. Felly, er mwyn paratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel, mae angen lleihau cynnwys cymhorthion sinterio cymaint â phosibl tra'n bodloni gofynion dwysedd sintering, a cheisio dewis cymhorthion sintering sy'n anodd eu toddi yn y dellt SiC.
* Priodweddau thermol serameg SiC pan ychwanegir gwahanol gymhorthion sintro
Ar hyn o bryd, mae gan serameg SiC wedi'i wasgu'n boeth ac wedi'i sinteru â BeO fel cymorth sintro y dargludedd thermol tymheredd ystafell uchaf (270W·m-1·K-1). Fodd bynnag, mae BeO yn ddeunydd hynod wenwynig a charsinogenig, ac nid yw'n addas i'w gymhwyso'n eang mewn labordai neu feysydd diwydiannol. Pwynt ewtectig isaf system Y2O3-Al2O3 yw 1760 ℃, sy'n gymorth sintro cyfnod hylif cyffredin ar gyfer cerameg SiC. Fodd bynnag, gan fod Al3+ yn hawdd ei hydoddi i'r dellt SiC, pan ddefnyddir y system hon fel cymorth sintro, mae dargludedd thermol tymheredd ystafell serameg SiC yn llai na 200W·m-1·K-1.
Nid yw elfennau prin y ddaear fel Y, Sm, Sc, Gd a La yn hawdd hydawdd mewn dellt SiC ac mae ganddynt affinedd ocsigen uchel, a all leihau cynnwys ocsigen dellt SiC yn effeithiol. Felly, mae system Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) yn gymorth sintro cyffredin ar gyfer paratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel (>200W·m-1·K-1). Gan gymryd cymorth sintro system Y2O3-Sc2O3 fel enghraifft, mae gwerth gwyriad ïon Y3+ a Si4+ yn fawr, ac nid yw'r ddau yn cael datrysiad solet. Mae hydoddedd Sc mewn SiC pur ar 1800 ~ 2600 ℃ yn fach, tua (2 ~ 3) × 1017atoms · cm-3.
② Triniaeth wres tymheredd uchel
Mae triniaeth wres tymheredd uchel o serameg SiC yn ffafriol i ddileu diffygion dellt, dadleoliadau a straen gweddilliol, hyrwyddo trawsnewid strwythurol rhai deunyddiau amorffaidd i grisialau, a gwanhau effaith gwasgaru phonon. Yn ogystal, gall triniaeth wres tymheredd uchel hyrwyddo twf grawn SiC yn effeithiol, ac yn y pen draw wella priodweddau thermol y deunydd. Er enghraifft, ar ôl triniaeth wres tymheredd uchel ar 1950 ° C, cynyddodd cyfernod trylediad thermol serameg SiC o 83.03mm2·s-1 i 89.50mm2·s-1, a chynyddodd y dargludedd thermol tymheredd ystafell o 180.94W·m -1·K-1 i 192.17W·m-1·K-1. Mae triniaeth wres tymheredd uchel yn gwella'n effeithiol allu dadocsidiad y cymorth sintro ar wyneb a dellt SiC, ac yn gwneud y cysylltiad rhwng grawn SiC yn dynnach. Ar ôl triniaeth wres tymheredd uchel, mae dargludedd thermol tymheredd ystafell o serameg SiC wedi gwella'n sylweddol.
Amser post: Hydref-24-2024