បច្ចុប្បន្នស៊ីលីកុនកាបូអ៊ីដ (SiC)គឺជាសម្ភារៈសេរ៉ាមិចដែលមានចរន្តកំដៅ ដែលត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងសកម្មក្នុងប្រទេស និងក្រៅប្រទេស។ ទ្រឹស្តីបទនៃចរន្តកំដៅរបស់ SiC គឺខ្ពស់ណាស់ ហើយទម្រង់គ្រីស្តាល់ខ្លះអាចឈានដល់ 270W/mK ដែលជាអ្នកដឹកនាំរួចទៅហើយក្នុងចំណោមវត្ថុធាតុដើមដែលមិនដំណើរការ។ ឧទាហរណ៍ ការអនុវត្តនៃចរន្តកំដៅ SiC អាចត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុងសម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោមនៃឧបករណ៍ semiconductor សម្ភារៈសេរ៉ាមិចដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ ឧបករណ៍កំដៅ និងចានកំដៅសម្រាប់ដំណើរការ semiconductor សម្ភារៈកន្សោមសម្រាប់ឥន្ធនៈនុយក្លេអ៊ែរ និងចិញ្ចៀនបិទជិតឧស្ម័នសម្រាប់ម៉ាស៊ីនបូមបង្ហាប់។
ការអនុវត្តស៊ីលីកុនកាបូននៅក្នុងវិស័យ semiconductor
ការកិនឌីស និងឧបករណ៍ប្រើប្រាស់គឺជាឧបករណ៍ដំណើរការដ៏សំខាន់សម្រាប់ការផលិតស៊ីលីកុន wafer នៅក្នុងឧស្សាហកម្ម semiconductor ។ ប្រសិនបើឌីសកិនត្រូវបានផលិតពីដែកវណ្ណះ ឬដែកថែបកាបូន នោះអាយុកាលសេវាកម្មរបស់វាខ្លី ហើយមេគុណពង្រីកកម្ដៅរបស់វាមានទំហំធំ។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការនៃស៊ីលីកុន wafers ជាពិសេសក្នុងអំឡុងពេលកិនឬ polishing ល្បឿនលឿនដោយសារតែការពាក់និងការខូចទ្រង់ទ្រាយកម្ដៅនៃឌីសកិន, ភាពរាបស្មើនិងភាពស្របគ្នានៃ wafer ស៊ីលីកូនគឺពិបាកក្នុងការធានា។ ថាសកិនធ្វើពីសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនមានការពាក់ទាបដោយសារតែភាពរឹងខ្ពស់របស់វា ហើយមេគុណពង្រីកកម្ដៅរបស់វាគឺដូចគ្នាទៅនឹងបន្ទះស៊ីលីកុន ដូច្នេះវាអាចកិនដី និងប៉ូលាក្នុងល្បឿនលឿន។
លើសពីនេះទៀតនៅពេលដែលស៊ីលីកុន wafers ត្រូវបានផលិតពួកគេត្រូវឆ្លងកាត់ការព្យាបាលកំដៅដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ហើយជារឿយៗត្រូវបានដឹកជញ្ជូនដោយប្រើឧបករណ៍ភ្ជាប់ស៊ីលីកុនកាបៃ។ ពួកវាធន់នឹងកំដៅនិងមិនបំផ្លាញ។ កាបូនដូចពេជ្រ (DLC) និងថ្នាំកូតផ្សេងទៀតអាចត្រូវបានអនុវត្តទៅលើផ្ទៃដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាព កាត់បន្ថយការខូចខាតរបស់ wafer និងការពារការចម្លងរោគពីការរីករាលដាល។
លើសពីនេះ ក្នុងនាមជាតំណាងនៃសមា្ភារៈ semiconductor wide-bandgap ជំនាន់ទី 3 សារធាតុ silicon carbide single crystal មានលក្ខណៈសម្បត្តិដូចជាទទឹង bandgap ធំ (ប្រហែល 3 ដងនៃ Si) ចរន្តកំដៅខ្ពស់ (ប្រហែល 3.3 ដងនៃ Si ឬ 10 ដង។ នៃ GaAs) អត្រាតិត្ថិភាពនៃការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រុងខ្ពស់ (ប្រហែល 2,5 ដងនៃ Si) និងវាលអគ្គិសនីដែលបំបែកខ្ពស់ (ប្រហែល 10 ដង) នៃ Si ឬ 5 ដងនៃ GaAs) ។ ឧបករណ៍ SiC បង្កើតឡើងសម្រាប់ពិការភាពនៃឧបករណ៍សម្ភារៈ semiconductor ប្រពៃណីនៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ហើយកំពុងក្លាយជាចរន្តសំខាន់នៃថាមពល semiconductor បន្តិចម្តងៗ។
តម្រូវការសម្រាប់សេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់បានកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង
ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍន៍ជាបន្តបន្ទាប់នៃវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យា តម្រូវការសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ស៊ីលីកុនកាបតសេរ៉ាមិចនៅក្នុងវិស័យ semiconductor បានកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ហើយចរន្តកំដៅខ្ពស់គឺជាសូចនាករសំខាន់សម្រាប់ការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងសមាសធាតុឧបករណ៍ផលិត semiconductor ។ ដូច្នេះវាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការពង្រឹងការស្រាវជ្រាវលើសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។ ការកាត់បន្ថយបរិមាណអុកស៊ីហ្សែននៃបន្ទះឈើ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដង់ស៊ីតេ និងការធ្វើនិយតកម្មដោយសមហេតុផលនៃការចែកចាយនៃដំណាក់កាលទីពីរនៅក្នុងបន្ទះឈើគឺជាវិធីសាស្រ្តចម្បងក្នុងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូន។
នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ មានការសិក្សាតិចតួចលើសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់នៅក្នុងប្រទេសរបស់ខ្ញុំ ហើយនៅតែមានគម្លាតធំបើធៀបនឹងកម្រិតពិភពលោក។ ទិសដៅស្រាវជ្រាវនាពេលអនាគតរួមមាន:
●ពង្រឹងការស្រាវជ្រាវដំណើរការរៀបចំនៃម្សៅសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបៃ។ ការរៀបចំម្សៅស៊ីលីកុនកាបូនអ៊ីដ្រាតទាប ភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ គឺជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការរៀបចំសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូនដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់;
● ពង្រឹងការជ្រើសរើសឧបករណ៍ជំនួយ sintering និងការស្រាវជ្រាវទ្រឹស្តីដែលពាក់ព័ន្ធ។
● ពង្រឹងការស្រាវជ្រាវ និងការអភិវឌ្ឍន៍ឧបករណ៍ sintering កម្រិតខ្ពស់។ តាមរយៈការធ្វើនិយតកម្មដំណើរការ sintering ដើម្បីទទួលបាន microstructure សមហេតុផល វាគឺជាលក្ខខណ្ឌចាំបាច់មួយដើម្បីទទួលបាននូវចរន្តកំដៅខ្ពស់នៃ silicon carbide ceramics ។
វិធានការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុនកាបូន
គន្លឹះក្នុងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC គឺកាត់បន្ថយប្រេកង់ phonon ខ្ចាត់ខ្ចាយ និងបង្កើន phonon មានន័យថាផ្លូវទំនេរ។ ចរន្តកំដៅនៃ SiC នឹងត្រូវបានកែលម្អយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពដោយកាត់បន្ថយភាពផុយស្រួយ និងដង់ស៊ីតេព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិនៃសេរ៉ាមិច SiC ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពបរិសុទ្ធនៃព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC កាត់បន្ថយភាពមិនបរិសុទ្ធនៃបន្ទះឈើ SiC ឬពិការភាពបន្ទះឈើ និងបង្កើនឧបករណ៍បញ្ជូនលំហូរកំដៅនៅក្នុង SiC ។ នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រភេទ និងខ្លឹមសារនៃជំនួយ sintering និងការព្យាបាលកំដៅនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ គឺជាវិធានការចម្បងក្នុងការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC ។
① បង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រភេទ និងខ្លឹមសារនៃជំនួយ sintering
ជំនួយ sintering ជាច្រើនត្រូវបានបន្ថែមជាញឹកញាប់នៅពេលរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់។ ក្នុងចំនោមពួកគេ ប្រភេទ និងខ្លឹមសារនៃជំនួយ sintering មានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងលើចរន្តកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC ។ ឧទាហរណ៍ ធាតុ Al ឬ O នៅក្នុងប្រព័ន្ធ Al2O3 ជំនួយ sintering ត្រូវបានរំលាយយ៉ាងងាយស្រួលចូលទៅក្នុងបន្ទះឈើ SiC ដែលបណ្តាលឱ្យមានកន្លែងទំនេរ និងពិការភាព ដែលនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃប្រេកង់ phonon ។ លើសពីនេះទៀតប្រសិនបើមាតិកានៃជំនួយ sintering មានកម្រិតទាបសម្ភារៈគឺពិបាកក្នុងការ sinter និង densify ខណៈពេលដែលមាតិកាខ្ពស់នៃ sintering aids នឹងនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃភាពមិនបរិសុទ្ធនិងពិការភាព។ ជំនួយ sintering ដំណាក់កាលរាវច្រើនហួសប្រមាណក៏អាចរារាំងការលូតលាស់នៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC និងកាត់បន្ថយផ្លូវគ្មានមធ្យមនៃ phonons ។ ដូច្នេះ ដើម្បីរៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ ចាំបាច់ត្រូវកាត់បន្ថយខ្លឹមសារនៃជំនួយ sintering ឱ្យបានច្រើនតាមដែលអាចធ្វើទៅបាន ខណៈពេលដែលបំពេញតាមតម្រូវការនៃដង់ស៊ីតេ sintering ហើយព្យាយាមជ្រើសរើសឧបករណ៍ sintering ដែលពិបាករំលាយនៅក្នុងបន្ទះឈើ SiC ។
* លក្ខណៈសម្បត្តិកំដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC នៅពេលដែលជំនួយ sintering ផ្សេងគ្នាត្រូវបានបន្ថែម
បច្ចុប្បន្ននេះ សេរ៉ាមិច SiC សង្កត់ក្តៅ sintered ជាមួយ BeO ជាជំនួយការ sintering មានចរន្តកំដៅបន្ទប់អតិបរមា (270W·m-1·K-1) ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ BeO គឺជាវត្ថុធាតុដើមដែលមានជាតិពុលខ្លាំង និងបង្កមហារីក ហើយវាមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការរីករាលដាលនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ ឬក្នុងវិស័យឧស្សាហកម្មនោះទេ។ ចំណុច eutectic ទាបបំផុតនៃប្រព័ន្ធ Y2O3-Al2O3 គឺ 1760 ℃ ដែលជាជំនួយ sintering ដំណាក់កាលរាវធម្មតាសម្រាប់សេរ៉ាមិច SiC ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារ Al3+ ត្រូវបានរំលាយយ៉ាងងាយស្រួលចូលទៅក្នុងបន្ទះឈើ SiC នៅពេលដែលប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានប្រើជាជំនួយការដុត ចរន្តកំដៅក្នុងបន្ទប់នៃសេរ៉ាមិច SiC គឺតិចជាង 200W·m-1·K-1។
ធាតុកម្រនៃផែនដីដូចជា Y, Sm, Sc, Gd និង La គឺមិនងាយរលាយក្នុងបន្ទះ SiC ហើយមានភាពស្និទ្ធស្នាលនឹងអុកស៊ីហ្សែនខ្ពស់ ដែលអាចកាត់បន្ថយបរិមាណអុកស៊ីហ្សែនរបស់បន្ទះឈើ SiC យ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។ ដូច្នេះប្រព័ន្ធ Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) គឺជាជំនួយ sintering ទូទៅសម្រាប់រៀបចំសេរ៉ាមិច SiC ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ (> 200W·m-1·K-1) ។ ដោយយកជំនួយដុតប្រព័ន្ធ Y2O3-Sc2O3 ជាឧទាហរណ៍ តម្លៃគម្លាតអ៊ីយ៉ុងនៃ Y3+ និង Si4+ មានទំហំធំ ហើយទាំងពីរមិនឆ្លងកាត់ដំណោះស្រាយរឹង។ ភាពរលាយនៃ Sc នៅក្នុង SiC សុទ្ធនៅ 1800 ~ 2600 ℃ គឺតូចប្រហែល (2 ~ 3) × 1017atoms ·cm-3 ។
② ការព្យាបាលកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
ការព្យាបាលកំដៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃសេរ៉ាមិច SiC គឺអំណោយផលក្នុងការលុបបំបាត់ពិការភាពបន្ទះឈើ ការផ្លាស់ទីលំនៅ និងភាពតានតឹងដែលនៅសេសសល់ លើកកម្ពស់ការបំប្លែងរចនាសម្ព័ន្ធនៃវត្ថុធាតុអាម៉ូនិកមួយចំនួនទៅជាគ្រីស្តាល់ និងធ្វើឱ្យឥទ្ធិពលខ្ចាត់ខ្ចាយ phonon ចុះខ្សោយ។ លើសពីនេះ ការព្យាបាលកំដៅនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់អាចជំរុញការលូតលាស់នៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព ហើយទីបំផុតធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅនៃសម្ភារៈ។ ឧទាហរណ៍ បន្ទាប់ពីការព្យាបាលកំដៅដោយសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៅ 1950°C មេគុណសាយភាយកម្ដៅនៃសេរ៉ាមិច SiC បានកើនឡើងពី 83.03mm2·s-1 ដល់ 89.50mm2·s-1 ហើយចរន្តកំដៅក្នុងបន្ទប់កើនឡើងពី 180.94W·m -1·K-1 ដល់ 192.17W·m-1·K-1។ ការព្យាបាលកំដៅនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់មានប្រសិទ្ធភាពធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមត្ថភាព deoxidation នៃជំនួយ sintering លើផ្ទៃ SiC និងបន្ទះឈើ និងធ្វើឱ្យទំនាក់ទំនងរវាងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC កាន់តែតឹងរ៉ឹង។ បន្ទាប់ពីការព្យាបាលកំដៅនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ចរន្តកំដៅក្នុងបន្ទប់នៃសេរ៉ាមិច SiC ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៤ តុលា ២០២៤