ဆီမီးကွန်ဒတ်တာနယ်ပယ်တွင် မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သော SiC ကြွေထည်များ၏ လိုအပ်ချက်နှင့် အသုံးချမှု

လောလောဆယ်၊ဆီလီကွန်ကာဗိုက် (SiC)ပြည်တွင်းပြည်ပတွင် တက်ကြွစွာလေ့လာထားသော အပူဓာတ်ရှိသော ကြွေထည်ပစ္စည်းဖြစ်သည်။ SiC ၏သီအိုရီအရအပူစီးကူးမှုမှာ အလွန်မြင့်မားပြီး အချို့သော crystal form များသည် 270W/mK သို့ရောက်ရှိနိုင်ပြီး၊ လျှပ်ကူးပစ္စည်းမဟုတ်သောပစ္စည်းများတွင် ခေါင်းဆောင်ဖြစ်နေပါပြီ။ ဥပမာအားဖြင့်၊ SiC thermal conductivity ကို တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းကိရိယာများ၊ မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သော ကြွေထည်ပစ္စည်းများ၊ ဆီမီးကွန်ဒတ်တာလုပ်ဆောင်ခြင်းအတွက် အပူပေးကိရိယာများနှင့် အပူပေးပြားများ၊ နျူကလီးယားလောင်စာအတွက် ဆေးတောင့်ပစ္စည်းများနှင့် ကွန်ပရက်ဆာပန့်များအတွက် ဓာတ်ငွေ့တံဆိပ်ခတ်ကွင်းများတွင် တွေ့မြင်နိုင်သည်။

လျှောက်လွှာဆီလီကွန်ကာဗိုက်semiconductor နယ်ပယ်တွင်
ကြိတ်ထားသော discs နှင့် fixtures များသည် ဆီလီကွန် wafer ထုတ်လုပ်မှုအတွက် အရေးကြီးသော လုပ်ငန်းစဉ်များဖြစ်သော semiconductor လုပ်ငန်းတွင် ဖြစ်သည်။ ကြိတ်ခွဲထားသော သံပြား သို့မဟုတ် ကာဗွန်သံမဏိဖြင့် ပြုလုပ်ထားလျှင် ၎င်း၏ ဝန်ဆောင်မှုသက်တမ်းသည် တိုတောင်းပြီး ၎င်း၏ အပူချဲ့ကိန်းသည် ကြီးမားသည်။ အထူးသဖြင့် ဆီလီကွန် wafer များကို အရှိန်မြင့်စွာ ကြိတ်ချေခြင်း သို့မဟုတ် ပွတ်တိုက်ခြင်း ကာလအတွင်း၊ ကြိတ်ထားသော disc ၏ ဝတ်ဆင်မှုနှင့် အပူပုံသဏ္ဍာန်ကြောင့် ဆီလီကွန် wafer ၏ ချောမွေ့မှုနှင့် ပြိုင်တူဖြစ်မှုကို အာမခံရန် ခက်ခဲပါသည်။ ကြိတ်ခွဲခြင်းတို့ဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်။ဆီလီကွန်ကာဗိုက် ကြွေထည်များ၎င်း၏ မာကျောမှု မြင့်မားခြင်းကြောင့် ပျော့ပျောင်းမှု နည်းပါးပြီး ၎င်း၏ အပူချိန် ချဲ့ထွင်မှု ကိန်းဂဏန်းသည် အခြေခံအားဖြင့် ဆီလီကွန် ဝေဖာများနှင့် တူညီသောကြောင့် ၎င်းကို အရှိန်ပြင်းပြင်းဖြင့် မြေပြင်နှင့် ပွတ်တိုက်နိုင်ပါသည်။

ထို့အပြင်၊ ဆီလီကွန် wafers များထုတ်လုပ်သောအခါ၊ ၎င်းတို့သည် အပူချိန်မြင့်သော အပူကုသမှုခံယူရန် လိုအပ်ပြီး မကြာခဏ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများကို အသုံးပြု၍ သယ်ယူပို့ဆောင်ကြသည်။ ၎င်းတို့သည် အပူဒဏ်ခံနိုင်ရည်ရှိပြီး အဖျက်အဆီးမရှိပေ။ စိန်ကဲ့သို့ ကာဗွန် (DLC) နှင့် အခြားသော အပေါ်ယံအလွှာများကို စွမ်းဆောင်ရည် မြှင့်တင်ရန်၊ wafer ပျက်စီးမှုကို သက်သာစေရန်နှင့် ညစ်ညမ်းမှု ပျံ့နှံ့ခြင်းမှ ကာကွယ်ရန် မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် လိမ်းနိုင်ပါသည်။

ထို့အပြင်၊ တတိယမျိုးဆက် wide-bandgap semiconductor ပစ္စည်းများ၏ ကိုယ်စားလှယ်အဖြစ်၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက် တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲပစ္စည်းများသည် ကြီးမားသော bandgap width (Si ထက် 3 ဆခန့်)၊ မြင့်မားသောအပူစီးကူးမှု (Si ၏ 3.3 ဆ သို့မဟုတ် 10 ဆခန့်) ကဲ့သို့သော ဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ GaAs များ)၊ မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ပြည့်ဝမှု ရွှေ့ပြောင်းမှုနှုန်း (Si ၏ 2.5 ဆခန့်) နှင့် မြင့်မားသော ပြိုကွဲနေသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်း (Si ၏ 10 ဆ သို့မဟုတ် GaA ၏ 5 ဆ)။ SiC ကိရိယာများသည် ရိုးရာတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းပစ္စည်းကိရိယာများ၏ ချို့ယွင်းချက်များအတွက် လက်တွေ့အသုံးချမှုများတွင် ပါဝင်လာပြီး ပါဝါတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ အဓိကရေစီးကြောင်းဖြစ်လာသည်။

မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သော ဆီလီကွန်ကာဗိုက် ကြွေထည်များဝယ်လိုအားသည် သိသိသာသာတိုးလာသည်။
သိပ္ပံနှင့်နည်းပညာများ စဉ်ဆက်မပြတ် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာသည်နှင့်အမျှ၊ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်ပစ္စည်းများကို ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များအသုံးပြုရန် လိုအပ်ချက်သည် သိသိသာသာမြင့်တက်လာပြီး အပူစီးကူးနိုင်မှုမြင့်မားမှုသည် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာထုတ်လုပ်သည့်စက်ပစ္စည်းအစိတ်အပိုင်းများတွင် ၎င်း၏အသုံးချမှုအတွက် အဓိကညွှန်ပြချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များဆိုင်ရာ သုတေသနကို အားကောင်းအောင်ပြုလုပ်ရန် အရေးကြီးပါသည်။ ရာဇမတ်ကွက်အတွင်း အောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှုကို လျှော့ချခြင်း၊ သိပ်သည်းဆကို မြှင့်တင်ခြင်းနှင့် ရာဇမတ်ကွက်အတွင်းရှိ ဒုတိယအဆင့် ဖြန့်ဖြူးမှုကို ကျိုးကြောင်းဆီလျော်စွာ ထိန်းညှိပေးခြင်းများသည် ဆီလီကွန်ကာဘိုင် ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးမှုကို တိုးတက်စေရန် အဓိကနည်းလမ်းများဖြစ်သည်။

လက်ရှိတွင်၊ ကျွန်ုပ်နိုင်ငံတွင် အပူစီးကူးနိုင်မှု မြင့်မားသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက် ကြွေထည်များကို လေ့လာမှုအနည်းငယ်သာ ရှိသေးပြီး ကမ္ဘာ့အဆင့်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ကြီးမားသော ကွာဟချက် ရှိနေသေးသည်။ အနာဂတ် သုတေသနလမ်းညွှန်ချက်များ ပါဝင်သည်-
● ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေမှုန့်၏ ပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ် သုတေသနကို အားကောင်းစေခြင်း။ မြင့်မားသော သန့်စင်မှု၊ အောက်ဆီဂျင်နည်းသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အမှုန့်၏ပြင်ဆင်မှုသည် မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များပြင်ဆင်မှုအတွက် အခြေခံဖြစ်သည်။
● sintering aids များရွေးချယ်ခြင်းနှင့် ဆက်စပ်သီအိုရီဆိုင်ရာ သုတေသနကို အားကောင်းစေခြင်း၊
●အဆင့်မြင့် sintering စက်ကိရိယာများ၏ သုတေသနနှင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အားကောင်းစေပါ။ ကျိုးကြောင်းဆီလျော်သော microstructure ကိုရရှိရန် sintering လုပ်ငန်းစဉ်ကိုထိန်းညှိခြင်းဖြင့်၊ မြင့်မားသောအပူစီးကူးနိုင်သောဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကြွေထည်များရရှိရန် လိုအပ်သောအခြေအနေတစ်ခုဖြစ်သည်။
ဆီလီကွန်ကာဗိုက် ကြွေထည်ပစ္စည်းများ၏ အပူစီးကူးမှုကို မြှင့်တင်ရန် ဆောင်ရွက်ချက်များ
SiC ကြွေထည်များ ၏ အပူစီးကူးမှုကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေရန် သော့ချက်မှာ phonon ဖြန့်ကြဲသည့် အကြိမ်ရေကို လျှော့ချရန်နှင့် phonon ဆိုလိုသည့် အခမဲ့လမ်းကြောင်းကို တိုးမြှင့်ရန် ဖြစ်သည်။ SiC ၏အပူစီးကူးမှုအား SiC ကြွေထည်များ၏ စိမ့်ဝင်မှုနှင့် စပါးနယ်နိမိတ်သိပ်သည်းဆကို လျှော့ချခြင်း၊ SiC ကောက်နှံနယ်နိမိတ်များ၏ သန့်ရှင်းမှုကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေခြင်း၊ SiC ရာဇမတ်ကွက်အညစ်အကြေးများ သို့မဟုတ် ရာဇမတ်ကွက်ချို့ယွင်းချက်များကို လျှော့ချခြင်းနှင့် SiC ရှိ အပူစီးဆင်းမှုပို့လွှတ်မှုကို တိုးမြှင့်ခြင်းဖြင့် ထိရောက်စွာတိုးတက်စေမည်ဖြစ်သည်။ လက်ရှိတွင်၊ sintering aids နှင့် high-temperature heat treatment တို့၏ အမျိုးအစားနှင့် အကြောင်းအရာကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်းသည် SiC ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးမှုကို မြှင့်တင်ရန် အဓိက ဆောင်ရွက်ချက်များ ဖြစ်ပါသည်။

① sintering aids အမျိုးအစားနှင့် အကြောင်းအရာကို ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်း။

မြင့်မားသောအပူစီးကူး SiC ကြွေထည်များကိုပြင်ဆင်သောအခါတွင် sintering aids အမျိုးမျိုးကို မကြာခဏထည့်ပါသည်။ ၎င်းတို့တွင်၊ sintering aids ၏ အမျိုးအစားနှင့် အကြောင်းအရာသည် SiC ကြွေထည်များ၏ အပူစီးကူးမှုအပေါ် ကြီးစွာသော လွှမ်းမိုးမှုရှိပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ Al2O3 စနစ်ရှိ sintering aids များတွင် Al သို့မဟုတ် O ဒြပ်စင်များသည် SiC ရာဇမတ်ကွက်ထဲသို့ အလွယ်တကူ ပျော်ဝင်သွားကာ လစ်လပ်မှုများနှင့် ချို့ယွင်းချက်များ ဖြစ်ပေါ်ကာ phonon ကြဲဖြန့်မှုအကြိမ်ရေကို တိုးမြင့်လာစေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ sintering aids ၏ပါဝင်မှုနည်းပါက၊ sintering aids ၏ပါဝင်မှုမြင့်မားသောအကြောင်းအရာသည်အညစ်အကြေးများနှင့်ချို့ယွင်းချက်များတိုးပွားလာသောအခါတွင်ပစ္စည်းကို sinter ရန်နှင့်သိပ်သည်းရန်ခက်ခဲသည်။ အလွန်အကျွံ အရည်အဆင့် sintering aids များသည် SiC အစေ့အဆန်များ ကြီးထွားမှုကို ဟန့်တားနိုင်ပြီး phonons ၏ ပျမ်းမျှလမ်းကြောင်းကို လျှော့ချနိုင်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ မြင့်မားသောအပူလျှပ်ကူးနိုင်သော SiC ကြွေထည်များကိုပြင်ဆင်ရန်အတွက်၊ sintering density ၏လိုအပ်ချက်များနှင့်ကိုက်ညီနေချိန်တွင် sintering aids များ၏ပါဝင်မှုကိုတတ်နိုင်သမျှလျှော့ချရန်လိုအပ်ပြီး SiC ရာဇမတ်ကွက်များတွင်ပျော်ဝင်ရန်ခက်ခဲသော sintering aids ကိုရွေးချယ်ရန်ကြိုးစားပါ။

* ကွဲပြားခြားနားသော sintering aids များကိုထည့်သွင်းသောအခါတွင် SiC ကြွေထည်များ၏အပူဂုဏ်သတ္တိများ

လက်ရှိတွင်၊ BeO ဖြင့် ရောနှောထားသော အပူပေးထားသော SiC ကြွေထည်များသည် sintering aid အဖြစ် အမြင့်ဆုံးအခန်းအပူချိန် (270W·m-1·K-1) ရှိသည်။ သို့သော်လည်း BeO သည် အလွန်အဆိပ်သင့်ပြီး ကင်ဆာဖြစ်စေနိုင်သော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်ပြီး ဓာတ်ခွဲခန်းများ သို့မဟုတ် စက်မှုနယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုရန်အတွက် မသင့်လျော်ပါ။ Y2O3-Al2O3 စနစ်၏ အနိမ့်ဆုံး eutectic point သည် 1760 ℃ ဖြစ်ပြီး SiC ကြွေထည်များအတွက် အသုံးများသော အရည်အဆင့် sintering အထောက်အကူတစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော် Al3+ ကို SiC ရာဇမတ်ကွက်ထဲသို့ အလွယ်တကူ ပျော်ဝင်သွားသောကြောင့် ဤစနစ်ကို sintering aid အဖြစ်အသုံးပြုသောအခါ SiC ကြွေထည်များ၏ အခန်းအပူချိန်သည် 200W·m-1·K-1 ထက်နည်းပါသည်။

Y၊ Sm၊ Sc၊ Gd နှင့် La ကဲ့သို့သော ရှားပါးမြေဒြပ်စင်များသည် SiC ရာဇမတ်ကွက်များတွင် အလွယ်တကူ ပျော်ဝင်ခြင်းမရှိသည့်အပြင် SiC ရာဇမတ်ကွက်များ၏ အောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှုကို ထိရောက်စွာ လျှော့ချနိုင်သည့် အောက်ဆီဂျင်မြင့်မားသော ဆက်စပ်ဓာတ်များရှိသည်။ ထို့ကြောင့် Y2O3-RE2O3 (RE=Sm၊ Sc၊ Gd၊ La) စနစ်သည် မြင့်မားသောအပူစီးကူးမှု (>200W·m-1·K-1) SiC ကြွေထည်များကို ပြင်ဆင်ရန်အတွက် သာမာန် sintering အကူအညီတစ်ခုဖြစ်သည်။ Y2O3-Sc2O3 စနစ် sintering aid ကို နမူနာအဖြစ် ယူ၍ Y3+ နှင့် Si4+ ၏ ion deviation value သည် ကြီးမားပြီး နှစ်ခုသည် ခိုင်မာသော အဖြေကို မရရှိပါ။ စင်စစ် SiC တွင် 1800 ~ 2600 ဒီဂရီတွင် Sc ပျော်ဝင်နိုင်မှုသည် (2~3)×1017atoms·cm-3 ခန့်ရှိသည်။

② မြင့်မားသောအပူချိန် အပူကုသမှု

SiC ကြွေထည်များ၏ အပူချိန်မြင့်မားသောအပူကုသမှုသည် ကွက်ကွက်ချို့ယွင်းချက်များ၊ အကွဲအပြဲများနှင့် ကျန်ရှိသောဖိစီးမှုများကို ဖယ်ရှားရန်၊ အချို့သော amorphous ပစ္စည်းများ၏ ပုံဆောင်ခဲအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲခြင်းနှင့် phonon ကြဲဖြန့်ခြင်းအကျိုးသက်ရောက်မှုကို အားနည်းသွားစေရန်အတွက် အထောက်အကူဖြစ်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ အပူချိန်မြင့်သော အပူကုသမှုသည် SiC အစေ့အဆန်များ ကြီးထွားမှုကို ထိရောက်စွာ မြှင့်တင်ပေးနိုင်ပြီး နောက်ဆုံးတွင် ပစ္စည်း၏ အပူဓာတ်ဂုဏ်သတ္တိများကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ 1950°C တွင် အပူချိန်မြင့်သော အပူကုသမှုပြီးနောက်၊ SiC ကြွေထည်များ၏ အပူပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းသည် 83.03mm2·s-1 မှ 89.50mm2·s-1 သို့တိုးလာပြီး အခန်းအပူချိန်အပူစီးကူးမှု 180.94W·m မှ ​​တိုးလာပါသည်။ -1·K-1 မှ 192.17W·m-1·K-1။ အပူချိန်မြင့်သောအပူကုသမှုသည် SiC မျက်နှာပြင်နှင့် ရာဇမတ်ကွက်ရှိ sintering အကူအညီ၏ deoxidation စွမ်းရည်ကို ထိရောက်စွာ မြှင့်တင်ပေးပြီး SiC စေ့များကြား ချိတ်ဆက်မှုကို ပိုမိုတင်းကျပ်စေသည်။ အပူချိန်မြင့်သော အပူကုသမှုပြီးနောက်၊ SiC ကြွေထည်များ၏ အခန်းအပူချိန်သည် သိသိသာသာ တိုးတက်လာခဲ့သည်။