An-dràsta,silicon carbide (SiC)na stuth ceirmeag giùlain teirmeach a tha air a sgrùdadh gu gnìomhach aig an taigh agus thall thairis. Tha giùlan teirmeach teòiridheach SiC gu math àrd, agus faodaidh cuid de chruthan criostail ruighinn 270W / mK, a tha mar-thà na stiùiriche am measg stuthan neo-ghiùlain. Mar eisimpleir, chithear cleachdadh giùlan teirmeach SiC ann an stuthan substrate innealan semiconductor, stuthan ceirmeag seoltachd àrd teirmeach, teasadairean agus truinnsearan teasachaidh airson giullachd leth-chonnaidh, stuthan capsail airson connadh niùclasach, agus fàinneachan ròin gas airson pumpaichean compressor.
Iarrtas desilicon carbideann an raon semiconductor
Tha diosgan bleith agus tàmh-àirneisean nan uidheamachd pròiseas cudromach airson cinneasachadh wafer sileaconach anns a’ ghnìomhachas semiconductor. Ma tha an diosc bleith air a dhèanamh de iarann teilgte no stàilinn gualain, tha a bheatha seirbheis goirid agus tha an co-èifeachd leudachaidh teirmeach mòr. Nuair a thathar a’ giullachd wafers sileaconach, gu sònraichte nuair a bhios iad a’ bleith no a’ lìomhadh aig astar àrd, mar thoradh air caitheamh agus deformachadh teirmeach an diosc bleith, tha e duilich a bhith cinnteach à rèidh agus co-shìnteachd an wafer sileacain. An diosc bleith air a dhèanamh destuthan ceirmeag silicon carbidele caitheamh ìosal air sgàth cho cruaidh ‘s a tha e, agus tha an co-èifeachd leudachaidh teirmeach aige gu bunaiteach an aon rud ri wafers silicon, agus mar sin faodaidh e a bhith air a ghlanadh agus air a lìomhadh aig astar àrd.
A bharrachd air an sin, nuair a thèid wafers silicon a thoirt a-mach, feumaidh iad a dhol tro làimhseachadh teas àrd-teòthachd agus gu tric bidh iad air an giùlan le bhith a’ cleachdadh tàmh-àirneisean silicon carbide. Tha iad teas-dhìonach agus neo-sgriosail. Faodar carbon coltach ri daoimean (DLC) agus còmhdach eile a chuir an sàs air an uachdar gus coileanadh àrdachadh, lughdachadh milleadh wafer, agus casg a chuir air truailleadh bho bhith a’ sgapadh.
A bharrachd air an sin, mar riochdaire de na stuthan semiconductor bann-leathann treas-ghinealach, tha feartan aig stuthan criostail singilte carbide silicon leithid leud bann-leathann mòr (timcheall air 3 tursan nas àirde na Si), giùlan teirmeach àrd (timcheall air 3.3 uair nas motha na Si no 10 tursan). ìre GaAs), ìre imrich sùghaidh dealanach àrd (timcheall air 2.5 uair nas àirde na Si) agus raon dealain làn bhriseadh (timcheall air 10 tursan nas àirde na Si no 5 tursan nas àirde na GaAs). Bidh innealan SiC a’ dèanamh suas airson easbhaidhean innealan stuthan semiconductor traidiseanta ann an tagraidhean practaigeach agus mean air mhean tha iad a’ fàs mar phrìomh-shruth de chumhachd semiconductors.
Tha an t-iarrtas airson ceirmeag carbide silicon seoltachd àrd air a dhol suas gu mòr
Le leasachadh leantainneach ann an saidheans agus teicneòlas, tha an t-iarrtas airson a bhith a 'cur a-steach ceirmeag carbide sileaconach anns an raon leth-chonnsair air a dhol suas gu mòr, agus tha giùlan teirmeach àrd na phrìomh chomharradh airson a chleachdadh ann an co-phàirtean uidheamachd saothrachaidh semiconductor. Mar sin, tha e deatamach an rannsachadh a neartachadh air àrd-tearmach conductivity sileaconach carbide ceramic. Is e a bhith a ’lughdachadh susbaint ocsaidean leusair, a’ leasachadh dùmhlachd, agus a ’riaghladh cuairteachadh an dàrna ìre anns an leusair na prìomh dhòighean air seoltachd teirmeach ceirmeag silicon carbide a leasachadh.
Aig an àm seo, chan eil mòran sgrùdaidhean ann air ceirmeag carbide silicon seoltachd teirmeach àrd anns an dùthaich agam, agus tha beàrn mòr ann fhathast an taca ri ìre na cruinne. Am measg nan stiùiridhean rannsachaidh san àm ri teachd tha:
● Neartaich an rannsachadh pròiseas ullachaidh de phùdar ceirmeag carbide sileaconach. Tha ullachadh pùdar carbide silicon carbide àrd-ghlan, ìosal-ogsaidean mar bhunait airson ullachadh ceirmeag silicon carbide seoltachd àrd teirmeach;
● Neartachadh taghadh thaic sintering agus rannsachadh teòiridheach co-cheangailte;
● Neartaich rannsachadh agus leasachadh uidheamachd sintering àrd-ìre. Le bhith a ’riaghladh a’ phròiseas sintering gus microstructure reusanta fhaighinn, tha e na chumha riatanach airson ceirmeag silicon carbide seoltachd teirmeach àrd fhaighinn.
Ceumannan gus seoltachd teirmeach ceirmeag carbide silicon a leasachadh
Is e an iuchair airson a bhith a’ leasachadh giùlan teirmeach ceirmeag SiC a bhith a’ lughdachadh tricead sgapadh phonon agus ag àrdachadh slighe saor bho phonon. Thèid giùlan teirmeach SiC a leasachadh gu h-èifeachdach le bhith a’ lughdachadh porosity agus dùmhlachd crìochan gràin ceirmeag SiC, a’ leasachadh purrachd crìochan gràin SiC, a’ lughdachadh neo-chunbhalachd uachdaran SiC no uireasbhaidhean lann, agus a’ meudachadh giùlan tar-chuir sruth teas ann an SiC. Aig an àm seo, is e a bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de sheòrsa agus susbaint thaic sintering agus làimhseachadh teas àrd-teòthachd na prìomh cheumannan gus seoltachd teirmeach ceirmeag SiC a leasachadh.
① A’ dèanamh an fheum as fheàrr de sheòrsa agus susbaint goireasan sintering
Bidh diofar thaic sintering gu tric air an cur ris nuair a bhios tu ag ullachadh ceirmeag SiC le seoltachd teirmeach àrd. Nam measg, tha buaidh mhòr aig an t-seòrsa agus an t-susbaint de thaic sintering air giùlan teirmeach ceirmeag SiC. Mar eisimpleir, tha eileamaidean Al no O ann an innealan sintering siostam Al2O3 gu furasta air an sgaoileadh a-steach don lattice SiC, a’ leantainn gu beàrnan agus uireasbhaidhean, a tha a’ leantainn gu àrdachadh ann am tricead sgapadh phonon. A bharrachd air an sin, ma tha susbaint thaic sintering ìosal, tha an stuth duilich a shineadh agus a dhùmhlachadh, fhad ‘s a bhios susbaint àrd de thaic sintering a’ leantainn gu àrdachadh ann an neo-chunbhalachd agus easbhaidhean. Dh’ fhaodadh cus thaic sintering ìre liùlach cuideachd bacadh a chuir air fàs gràinean SiC agus an t-slighe mheadhanach de fhònaichean a lughdachadh. Mar sin, gus ceirmeag SiC seoltachd teirmeach àrd ullachadh, feumar susbaint innealan sintering a lughdachadh cho mòr ‘s as urrainn fhad‘ s a tha e a ’coinneachadh ri riatanasan dùmhlachd sintering, agus feuchainn ri goireasan sintering a thaghadh a tha duilich a sgaoileadh ann an lattice SiC.
* Feartan teirmeach ceirmeag SiC nuair a thèid diofar thaic sintering a chur ris
An-dràsta, tha an giùlan teirmeach as àirde aig teòthachd an t-seòmair (270W · m-1 · K-1) ann an ceirmeag SiC le cuideam teth air a shìneadh le BeO mar thaic sintering. Ach, tha BeO na stuth fìor phuinnseanta agus carcinogenic, agus chan eil e freagarrach airson a chleachdadh fad is farsaing ann an deuchainn-lannan no raointean gnìomhachais. Is e a’ phuing eutectic as ìsle den t-siostam Y2O3-Al2O3 1760 ℃, a tha na thaic sintering ìre leaghaidh cumanta airson ceirmeag SiC. Ach, leis gu bheil Al3+ furasta a sgaoileadh a-steach don lattice SiC, nuair a thèid an siostam seo a chleachdadh mar thaic sintering, tha giùlan teirmeach teòthachd an t-seòmair ann an ceirmeag SiC nas lugha na 200W·m-1·K-1.
Chan eil eileamaidean tearc talmhainn leithid Y, Sm, Sc, Gd agus La so-sgaoilte gu furasta ann an leusair SiC agus tha dàimh àrd ocsaidean aca, a dh’ fhaodas susbaint ocsaidean de leaghan SiC a lughdachadh gu h-èifeachdach. Mar sin, tha siostam Y2O3-RE2O3 (RE = Sm, Sc, Gd, La) na thaic sintering cumanta airson a bhith ag ullachadh giùlan teirmeach àrd (> 200W · m-1 · K-1) ceirmeag SiC. A’ gabhail an taic sintering siostam Y2O3-Sc2O3 mar eisimpleir, tha luach claonadh ion Y3+ agus Si4+ mòr, agus chan eil an dithis a’ faighinn fuasgladh cruaidh. Tha solubility Sc ann an SiC fìor-ghlan aig 1800 ~ 2600 ℃ beag, timcheall air (2 ~ 3) × 1017atoms · cm-3.
② Làimhseachadh teas àrd teòthachd
Tha làimhseachadh teas aig teòthachd àrd ann an ceirmeag SiC cuideachail airson cuir às do uireasbhaidhean uachdaran, gluasadan agus cuideaman fuigheall, a’ brosnachadh cruth-atharrachadh structarail cuid de stuthan amorphous gu criostalan, agus a’ lagachadh buaidh sgapadh phonon. A bharrachd air an sin, faodaidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd àrdachadh gu h-èifeachdach air fàs gràinean SiC, agus aig a ’cheann thall leasachadh feartan teirmeach an stuth. Mar eisimpleir, às deidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd aig 1950 ° C, mheudaich co-èifeachd sgaoilidh teirmeach ceirmeag SiC bho 83.03mm2 · s-1 gu 89.50mm2 · s-1, agus mheudaich giùlan teirmeach teòthachd an t-seòmair bho 180.94W · m -1·K-1 gu 192.17W·m-1·K-1. Bidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd gu h-èifeachdach a’ leasachadh comas deoxidation a’ chobhair sintering air uachdar SiC agus leusair, agus a’ dèanamh a’ cheangail eadar gràinean SiC nas teann. Às deidh làimhseachadh teas àrd-teòthachd, tha an giùlan teirmeach aig teòthachd an t-seòmair ann an ceirmeag SiC air a leasachadh gu mòr.
Ùine puist: Dàmhair-24-2024