Eins og er,kísillkarbíð (SiC)er varmaleiðandi keramikefni sem er mikið rannsakað heima og erlendis. Fræðileg varmaleiðni SiC er mjög há og sumar kristalmyndir geta náð 270W/mK, sem er þegar leiðandi meðal óleiðandi efna. Til dæmis má sjá notkun SiC varmaleiðni í undirlagsefnum hálfleiðara, keramikefnum með mikilli varmaleiðni, hitara og hitunarplötum fyrir hálfleiðaravinnslu, hylkisefnum fyrir kjarnorkueldsneyti og gasþéttihringjum fyrir þjöppudælur.
Umsókn umkísillkarbíðá sviði hálfleiðara
Kvörnunarskífur og festingar eru mikilvægur vinnslubúnaður fyrir framleiðslu kísilflögna í hálfleiðaraiðnaðinum. Ef kvörnunarskífan er úr steypujárni eða kolefnisstáli er endingartími hennar stuttur og varmaþenslustuðullinn mikill. Við vinnslu kísilflögna, sérstaklega við hraðslípun eða fægingu, er erfitt að tryggja flatneskju og samsíða lögun kísilflögunnar vegna slits og varmaaflögunar. Kvörnunarskífan er úr...kísilkarbíð keramikhefur lítið slit vegna mikillar hörku og varmaþenslustuðullinn er í grundvallaratriðum sá sami og kísilþynningarstuðullinn, þannig að hægt er að slípa hann og pússa hann á miklum hraða.
Að auki, þegar kísilskífur eru framleiddar, þurfa þær að gangast undir háhitameðferð og eru oft fluttar með kísilkarbíði. Þær eru hitaþolnar og eyðileggja ekki. Hægt er að bera demantslíkt kolefni (DLC) og aðrar húðanir á yfirborðið til að auka afköst, draga úr skemmdum á skífum og koma í veg fyrir að mengun breiðist út.
Þar að auki, sem dæmigert fyrir þriðju kynslóð hálfleiðaraefna með breitt bandbil, hafa kísilkarbíð einkristallaefni eiginleika eins og stórt bandbil (um það bil þrisvar sinnum stærra en Si), mikla varmaleiðni (um það bil 3,3 sinnum stærra en Si eða 10 sinnum stærra en GaAs), hátt rafeindamettunarflæði (um það bil 2,5 sinnum stærra en Si) og hátt niðurbrotsrafsvið (um það bil 10 sinnum stærra en Si eða 5 sinnum stærra en GaAs). SiC tæki bæta upp fyrir galla hefðbundinna hálfleiðaraefna í hagnýtum notkun og eru smám saman að verða aðalstraumur aflleiðara.
Eftirspurn eftir kísilkarbíð keramik með mikla varmaleiðni hefur aukist gríðarlega
Með sífelldri þróun vísinda og tækni hefur eftirspurn eftir notkun kísilkarbíðkeramik á sviði hálfleiðara aukist verulega og mikil varmaleiðni er lykilvísir fyrir notkun þess í framleiðslubúnaði fyrir hálfleiðara. Þess vegna er mikilvægt að efla rannsóknir á kísilkarbíðkeramik með mikla varmaleiðni. Að draga úr súrefnisinnihaldi grindarinnar, bæta þéttleika hennar og stjórna dreifingu annars fasa í grindinni á sanngjarnan hátt eru helstu aðferðirnar til að bæta varmaleiðni kísilkarbíðkeramiksins.
Eins og er eru fáar rannsóknir gerðar á kísilkarbíðkeramik með mikla varmaleiðni í mínu landi og það er enn stórt bil miðað við heimsvísu. Framtíðarrannsóknir fela í sér:
● Styrkja rannsóknir á framleiðsluferli kísilkarbíðs keramikdufts. Framleiðsla á hreinu kísilkarbíðdufti með lágu súrefnisinnihaldi er grunnurinn að framleiðslu á kísilkarbíð keramik með mikilli varmaleiðni;
● Styrkja val á sintrunarhjálparefnum og tengdum fræðilegum rannsóknum;
● Styrkja rannsóknir og þróun á háþróaðri sintrunarbúnaði. Með því að stjórna sintrunarferlinu til að fá sanngjarna örbyggingu er það nauðsynlegt skilyrði til að fá kísilkarbíðkeramik með mikla varmaleiðni.
Aðgerðir til að bæta varmaleiðni kísilkarbíðs keramik
Lykillinn að því að bæta varmaleiðni SiC keramik er að draga úr dreifingartíðni fonóna og auka meðalfrjálsa leið fonóna. Varmaleiðni SiC verður bætt á áhrifaríkan hátt með því að draga úr gegndræpi og kornamörkþéttleika SiC keramik, bæta hreinleika SiC kornamörka, draga úr óhreinindum eða grindargöllum í SiC og auka varmaflutningsflutningsflutningsgetu í SiC. Eins og er eru bestun á gerð og innihaldi sintrunarhjálparefna og háhitameðferð helstu ráðstafanirnar til að bæta varmaleiðni SiC keramik.
① Að hámarka gerð og innihald sintrunarhjálparefna
Ýmis sintrunarhjálparefni eru oft bætt við þegar SiC keramik með mikilli varmaleiðni er framleitt. Meðal þeirra hefur gerð og innihald sintrunarhjálparefna mikil áhrif á varmaleiðni SiC keramiksins. Til dæmis leysast Al eða O frumefni í Al2O3 kerfinu auðveldlega upp í SiC grindinni, sem leiðir til tóma og galla, sem leiðir til aukinnar dreifingartíðni fonóna. Að auki, ef innihald sintrunarhjálparefna er lágt, er erfitt að sinta og þétta efnið, en hátt innihald sintrunarhjálparefna mun leiða til aukinnar óhreininda og galla. Of mikið magn af sintrunarhjálparefnum í fljótandi fasa getur einnig hamlað vexti SiC korna og dregið úr meðalfrjálsu leið fonóna. Þess vegna, til að framleiða SiC keramik með mikilli varmaleiðni, er nauðsynlegt að minnka innihald sintrunarhjálparefna eins mikið og mögulegt er, en uppfylla kröfur um sintrunarþéttleika, og reyna að velja sintrunarhjálparefni sem eru erfitt að leysa upp í SiC grindinni.
*Hitaeiginleikar SiC keramik þegar mismunandi sintrunarhjálparefni eru bætt við
Sem stendur hefur heitpressað SiC keramik, sem er sintrað með BeO sem sintrunarhjálparefni, hámarks varmaleiðni við stofuhita (270W·m-1·K-1). Hins vegar er BeO mjög eitrað efni og krabbameinsvaldandi og hentar ekki til útbreiddrar notkunar í rannsóknarstofum eða iðnaði. Lægsti evtektískur punktur Y2O3-Al2O3 kerfisins er 1760℃, sem er algengt fljótandi sintrunarhjálparefni fyrir SiC keramik. Hins vegar, þar sem Al3+ leysist auðveldlega upp í SiC grindinni, þegar þetta kerfi er notað sem sintrunarhjálparefni, er varmaleiðni SiC keramik við stofuhita minni en 200W·m-1·K-1.
Sjaldgæf jarðefni eins og Y, Sm, Sc, Gd og La leysast ekki auðveldlega upp í SiC grindinni og hafa mikla súrefnissækni, sem getur dregið úr súrefnisinnihaldi SiC grindarinnar á áhrifaríkan hátt. Þess vegna er Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) kerfið algengt sintunarhjálparefni til að búa til SiC keramik með mikla varmaleiðni (>200W·m-1·K-1). Ef við tökum Y2O3-Sc2O3 kerfið sem dæmi, þá er jónafrávik Y3+ og Si4+ stórt og þau tvö fara ekki í fasta lausn. Leysni Sc í hreinu SiC við 1800~2600℃ er lítil, um það bil (2~3) × 1017 atóm·cm-3.
② Hitameðferð við háan hita
Háhitameðferð á SiC keramikum stuðlar að því að útrýma grindargöllum, tilfærslum og leifarspennu, stuðlar að umbreytingu sumra ókristallaðra efna í kristalla og veikir dreifingaráhrif fonóna. Að auki getur háhitameðferð á áhrifaríkan hátt stuðlað að vexti SiC korna og að lokum bætt varmaeiginleika efnisins. Til dæmis, eftir háhitameðferð við 1950°C, jókst varmadreifistuðull SiC keramikums úr 83,03 mm²·s-1 í 89,50 mm²·s-1 og varmaleiðni við stofuhita jókst úr 180,94 W·m-1·K-1 í 192,17 W·m-1·K-1. Háhitameðferð bætir á áhrifaríkan hátt afoxunargetu sintrunarhjálpefnisins á SiC yfirborðinu og grindinni og gerir tenginguna milli SiC kornanna þéttari. Eftir háhitameðferð hefur varmaleiðni SiC keramikums við stofuhita batnað verulega.
Birtingartími: 24. október 2024