Eins og er,kísilkarbíð (SiC)er hitaleiðandi keramik efni sem er virkt rannsakað heima og erlendis. Fræðileg hitaleiðni SiC er mjög mikil og sum kristalform geta náð 270W/mK, sem er nú þegar leiðandi meðal óleiðandi efna. Til dæmis má sjá beitingu SiC-hitaleiðni í undirlagsefnum hálfleiðaratækja, keramikefnum með mikilli hitaleiðni, hitari og hitaplötum fyrir hálfleiðaravinnslu, hylkisefni fyrir kjarnorkueldsneyti og gasþéttihringi fyrir þjöppudælur.
Umsókn umkísilkarbíðá hálfleiðara sviði
Slípidiskar og innréttingar eru mikilvægur vinnslubúnaður fyrir framleiðslu á kísilflötum í hálfleiðaraiðnaðinum. Ef malaskífan er úr steypujárni eða kolefnisstáli er endingartími hans stuttur og varmaþenslustuðullinn stór. Við vinnslu á kísilskífum, sérstaklega við háhraða mala eða fægja, vegna slits og hitauppstreymis á slípidisknum, er erfitt að tryggja flatneskju og samsíða kísilskífunnar. Slípidiskurinn úrkísilkarbíð keramikhefur lítið slit vegna mikillar hörku og varmaþenslustuðull hans er í grundvallaratriðum sá sami og á kísilskífum, svo það er hægt að mala og pússa á miklum hraða.
Þar að auki, þegar kísilplötur eru framleiddar, þurfa þær að gangast undir háhita hitameðhöndlun og eru oft fluttar með kísilkarbíðfestingum. Þau eru hitaþolin og ekki eyðileggjandi. Demantalíkt kolefni (DLC) og önnur húðun er hægt að bera á yfirborðið til að auka afköst, draga úr skemmdum á flísum og koma í veg fyrir að mengun dreifist.
Ennfremur, sem fulltrúi þriðju kynslóðar hálfleiðara með breitt bandbil, hafa kísilkarbíð einkristal efni eiginleika eins og stóra bandbilsbreidd (um það bil 3 sinnum meiri en Si), háa hitaleiðni (um 3,3 sinnum hærri en Si eða 10 sinnum meiri en Si). GaAs), mikill rafeindamettunarhraði (um 2,5 sinnum meiri en Si) og hátt niðurbrot rafsviðs (um það bil 10 sinnum hærra en Si eða 5 sinnum hærra en GaAs). SiC tæki bæta fyrir galla hefðbundinna hálfleiðara efnistækja í hagnýtri notkun og eru smám saman að verða meginstraumur aflhálfleiðara.
Eftirspurn eftir kísilkarbíðkeramik með mikilli hitaleiðni hefur aukist verulega
Með stöðugri þróun vísinda og tækni hefur eftirspurn eftir beitingu kísilkarbíðkeramik á hálfleiðara sviði aukist verulega og mikil varmaleiðni er lykilvísir fyrir notkun þess í íhlutum í hálfleiðaraframleiðslubúnaði. Þess vegna er mikilvægt að styrkja rannsóknir á kísilkarbíðkeramik með mikilli hitaleiðni. Að draga úr súrefnisinnihaldi grindunnar, bæta þéttleikann og stjórna dreifingu annars áfanga í grindunum á sanngjarnan hátt eru helstu aðferðirnar til að bæta varmaleiðni kísilkarbíð keramik.
Sem stendur eru fáar rannsóknir á kísilkarbíðkeramik með mikilli hitaleiðni í mínu landi og enn er stórt bil miðað við heimsstigið. Framtíðarrannsóknir eru meðal annars:
●Eflaðu undirbúningsferlisrannsóknir á kísilkarbíð keramikdufti. Undirbúningur kísilkarbíðdufts með mikilli hreinleika og lágum súrefni er grundvöllur framleiðslu kísilkarbíðkeramik með mikilli hitaleiðni;
● Efla val á hertu hjálpartækjum og tengdum fræðilegum rannsóknum;
●Efldu rannsóknir og þróun hágæða sintunarbúnaðar. Með því að stjórna hertuferlinu til að fá hæfilega örbyggingu er það nauðsynlegt skilyrði að fá kísilkarbíð keramik með mikilli hitaleiðni.
Aðgerðir til að bæta hitaleiðni kísilkarbíðkeramik
Lykillinn að því að bæta varmaleiðni SiC keramik er að draga úr phonon dreifingartíðni og auka phonon meðal lausa leið. Hitaleiðni SiC verður á áhrifaríkan hátt bætt með því að draga úr gljúpu og kornmörkum þéttleika SiC keramik, bæta hreinleika SiC kornmarka, draga úr SiC grindaróhreinindum eða grindargalla og auka varmaflæðisflutningsberann í SiC. Sem stendur eru hagræðing á gerð og innihaldi hertu hjálpartækja og háhitahitameðferð helstu ráðstafanir til að bæta hitaleiðni SiC keramik.
① Hagræðing á gerð og innihaldi hertu hjálpartækja
Ýmis sintunarhjálp er oft bætt við þegar búið er til SiC keramik með mikilli hitaleiðni. Þar á meðal hefur tegund og innihald hertu hjálpartækja mikil áhrif á hitaleiðni SiC keramik. Til dæmis eru Al eða O frumefni í Al2O3 kerfinu sintunarhjálpartækjum auðveldlega leyst upp í SiC grindurnar, sem leiðir til lausra staða og galla, sem leiðir til aukningar á phonon dreifingartíðni. Að auki, ef innihald hertuhjálparefna er lágt, er erfitt að sintra og þétta efnið, en hátt innihald hertuhjálpar mun leiða til aukinnar óhreininda og galla. Óhófleg vökvafasa sintunarhjálpartæki geta einnig hamlað vexti SiC korna og dregið úr meðallausri leið hljóðnema. Þess vegna, til að útbúa SiC keramik með mikilli hitaleiðni, er nauðsynlegt að draga úr innihaldi sintunarhjálpar eins mikið og mögulegt er á sama tíma og hægt er að uppfylla kröfur um sintunarþéttleika og reyna að velja hertuhjálp sem erfitt er að leysa upp í SiC grindurnar.
*Hitaeiginleikar SiC keramik þegar mismunandi hertu hjálpartæki er bætt við
Eins og er, hefur heitpressað SiC keramik sem er hertað með BeO sem sintunarhjálp hámarks hitaleiðni við stofuhita (270W·m-1·K-1). Hins vegar er BeO mjög eitrað efni og krabbameinsvaldandi og hentar ekki til útbreiddrar notkunar á rannsóknarstofum eða iðnaðarsviðum. Lægsti eutectic punktur Y2O3-Al2O3 kerfisins er 1760 ℃, sem er algeng vökvafasa sintunarhjálp fyrir SiC keramik. Hins vegar, þar sem Al3+ er auðveldlega leyst upp í SiC grindurnar, þegar þetta kerfi er notað sem sintunarhjálp, er hitaleiðni SiC keramik við stofuhita minni en 200W·m-1·K-1.
Sjaldgæf jarðefni eins og Y, Sm, Sc, Gd og La eru ekki auðveldlega leysanleg í SiC grindunum og hafa mikla súrefnissækni, sem getur í raun dregið úr súrefnisinnihaldi SiC grindunnar. Þess vegna er Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) kerfi algengt sintunaraðstoð til að undirbúa mikla hitaleiðni (>200W·m-1·K-1) SiC keramik. Ef tekið er Y2O3-Sc2O3 kerfi sintunarhjálp sem dæmi, þá er jónafviksgildi Y3+ og Si4+ mikið og þeir tveir fara ekki í fasta lausn. Leysni Sc í hreinu SiC við 1800~2600 ℃ er lítill, um (2~3)×1017atóm·cm-3.
② Hitameðferð við háan hita
Háhitameðferð á SiC keramik er til þess fallin að útrýma grindargöllum, tilfærslum og afgangsálagi, stuðla að uppbyggingu sumra myndlausra efna í kristalla og veikja fónóndreifingaráhrifin. Að auki getur háhitahitameðferð á áhrifaríkan hátt stuðlað að vexti SiC korns og að lokum bætt varmaeiginleika efnisins. Til dæmis, eftir háhita hitameðhöndlun við 1950°C, jókst varmadreifingarstuðull SiC keramik úr 83,03 mm2·s-1 í 89,50 mm2·s-1 og hitaleiðni við stofuhita jókst úr 180,94W·m -1·K-1 í 192,17W·m-1·K-1. Hitameðferð með háum hita bætir á áhrifaríkan hátt afoxunargetu hertuhjálparinnar á SiC yfirborðinu og grindunum og gerir tengslin milli SiC korna þéttari. Eftir háhita hitameðferð hefur hitaleiðni SiC keramik við stofuhita verið bætt verulega.
Birtingartími: 24. október 2024