अर्धचालक क्षेत्रमा उच्च थर्मल चालकता SiC सिरेमिकको माग र आवेदन

हाल,सिलिकन कार्बाइड (SiC)एक थर्मली प्रवाहकीय सिरेमिक सामग्री हो जुन सक्रिय रूपमा घर र विदेशमा अध्ययन गरिन्छ। SiC को सैद्धान्तिक थर्मल चालकता धेरै उच्च छ, र केहि क्रिस्टल फारमहरू 270W/mK पुग्न सक्छ, जुन पहिले नै गैर-प्रवाहक सामग्रीहरू बीच एक नेता हो। उदाहरण को लागी, SiC थर्मल चालकता को आवेदन अर्धचालक यन्त्रहरु को सब्सट्रेट सामाग्री, उच्च थर्मल चालकता सिरेमिक सामाग्री, सेमीकन्डक्टर प्रशोधन को लागी हीटर र तताउने प्लेटहरु, आणविक ईन्धन को लागी क्याप्सुल सामाग्री, र कम्प्रेसर पम्पहरु को लागी ग्यास सील रिंगहरु मा देख्न सकिन्छ।

को आवेदनसिलिकन कार्बाइडअर्धचालक क्षेत्रमा
सेमीकन्डक्टर उद्योगमा सिलिकन वेफर उत्पादनको लागि ग्राइंडिङ डिस्क र फिक्स्चर महत्त्वपूर्ण प्रक्रिया उपकरणहरू हुन्। यदि ग्राइंडिङ डिस्क कास्ट आइरन वा कार्बन स्टिलबाट बनेको छ भने, यसको सेवा जीवन छोटो छ र यसको थर्मल विस्तार गुणांक ठूलो छ। सिलिकन वेफरको प्रशोधनको क्रममा, विशेष गरी उच्च-स्पीड ग्राइन्डिंग वा पॉलिशिंगको क्रममा, ग्राइंडिंग डिस्कको पहिरन र थर्मल विकृतिको कारण, सिलिकन वेफरको समतलता र समानान्तरता ग्यारेन्टी गर्न गाह्रो हुन्छ। ग्राइन्डिङ डिस्क बनेको छसिलिकन कार्बाइड सिरेमिकयसको उच्च कठोरताको कारण कम पहिरन छ, र यसको थर्मल विस्तार गुणांक मूलतया सिलिकन वेफर्सको जस्तै छ, त्यसैले यसलाई उच्च गतिमा ग्राउन्ड र पॉलिश गर्न सकिन्छ।

थप रूपमा, जब सिलिकन वेफरहरू उत्पादन गरिन्छ, तिनीहरूले उच्च-तापमान ताप उपचारबाट गुज्रनु पर्छ र प्राय: सिलिकन कार्बाइड फिक्स्चर प्रयोग गरेर ढुवानी गरिन्छ। तिनीहरू गर्मी प्रतिरोधी र गैर विनाशकारी छन्। हीरा-जस्तै कार्बन (DLC) र अन्य कोटिंग्स सतहमा प्रदर्शन बढाउन, वेफर क्षति कम गर्न, र फैलिनबाट प्रदूषण रोक्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

यसबाहेक, तेस्रो-पुस्ताको वाइड-ब्यान्डग्याप सेमीकन्डक्टर सामग्रीहरूको प्रतिनिधिको रूपमा, सिलिकन कार्बाइड एकल क्रिस्टल सामग्रीहरूमा गुणहरू छन् जस्तै ठूलो ब्यान्डग्याप चौडाइ (Si को 3 गुणा), उच्च थर्मल चालकता (Si को लगभग 3.3 गुणा वा 10 गुणा। GaAs को, उच्च इलेक्ट्रोन संतृप्ति माइग्रेसन दर (Si को लगभग 2.5 गुणा) र उच्च ब्रेकडाउन बिजुली क्षेत्र (Si को लगभग 10 गुणा वा GaAs को 5 गुणा)। SiC यन्त्रहरूले व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा परम्परागत अर्धचालक सामग्री उपकरणहरूको दोषहरूको लागि बनाउँछ र बिस्तारै पावर सेमीकन्डक्टरहरूको मुख्यधारा बनिरहेको छ।

उच्च थर्मल चालकता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकको माग नाटकीय रूपमा बढेको छ
विज्ञान र प्रविधिको निरन्तर विकासको साथ, सेमीकन्डक्टर क्षेत्रमा सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकको आवेदनको माग नाटकीय रूपमा बढेको छ, र उच्च थर्मल चालकता अर्धचालक निर्माण उपकरण घटकहरूमा यसको प्रयोगको लागि एक प्रमुख सूचक हो। त्यसकारण, उच्च थर्मल चालकता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकमा अनुसन्धानलाई बलियो बनाउन महत्त्वपूर्ण छ। जाली अक्सिजन सामग्री घटाउनु, घनत्व सुधार गर्नु, र जालीमा दोस्रो चरणको वितरणलाई उचित रूपमा विनियमित गर्नु सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकको थर्मल चालकता सुधार गर्ने मुख्य विधिहरू हुन्।

हाल, मेरो देशमा उच्च थर्मल चालकता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकमा केही अध्ययनहरू छन्, र विश्व स्तरको तुलनामा अझै पनि ठूलो अन्तर छ। भविष्यको अनुसन्धान निर्देशनहरू समावेश छन्:
● सिलिकन कार्बाइड सिरेमिक पाउडरको तयारी प्रक्रिया अनुसन्धानलाई बलियो बनाउनुहोस्। उच्च-शुद्धता, कम-अक्सिजन सिलिकन कार्बाइड पाउडरको तयारी उच्च थर्मल चालकता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकको तयारीको लागि आधार हो;
● sintering एड्स र सम्बन्धित सैद्धांतिक अनुसन्धान को छनोट बलियो बनाउनुहोस्;
● उच्च-अन्त सिंटरिङ उपकरणको अनुसन्धान र विकासलाई बलियो बनाउनुहोस्। एक उचित माइक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त गर्न sintering प्रक्रिया विनियमित गरेर, यो उच्च थर्मल चालकता सिलिकन कार्बाइड सिरेमिक प्राप्त गर्न आवश्यक शर्त हो।
सिलिकन कार्बाइड सिरेमिकको थर्मल चालकता सुधार गर्न उपायहरू
SiC सिरेमिकको थर्मल चालकता सुधार गर्ने कुञ्जी फोनोन स्क्याटरिङ फ्रिक्वेन्सी घटाउनु र फोनोन मतलब मुक्त मार्ग बढाउनु हो। SiC को थर्मल चालकता SiC सिरेमिकको porosity र अन्न सीमा घनत्व घटाएर, SiC अनाज सीमा को शुद्धता सुधार, SiC जाली अशुद्धता वा जाली दोष कम गरेर, र SiC मा गर्मी प्रवाह प्रसारण वाहक बढाएर प्रभावकारी रूपमा सुधार गरिनेछ। वर्तमानमा, sintering एड्स र उच्च-तापमान गर्मी उपचार को प्रकार र सामग्री अनुकूलन SiC सिरेमिक को थर्मल चालकता सुधार गर्न मुख्य उपाय हो।

① sintering एड्स को प्रकार र सामग्री अनुकूलन

उच्च थर्मल चालकता SiC सिरेमिकहरू तयार गर्दा विभिन्न sintering एडहरू प्राय: थपिन्छन्। तिनीहरू मध्ये, sintering एड्सको प्रकार र सामग्रीले SiC सिरेमिकको थर्मल चालकतामा ठूलो प्रभाव पार्छ। उदाहरण को लागी, Al2O3 प्रणाली सिंटरिंग एड्स मा Al वा O तत्वहरु सजिलै संग SiC जाली मा भंग हुन्छ, रिक्त स्थानहरु र दोषहरु को परिणामस्वरूप, जसले फोनन स्क्याटरिङ फ्रिक्वेन्सी मा वृद्धि निम्त्याउँछ। थप रूपमा, यदि sintering एड्स को सामग्री कम छ भने, सामाग्री sinter र densify गर्न गाह्रो छ, जबकि sintering एड्स को एक उच्च सामग्री अशुद्धता र दोष मा वृद्धि हुनेछ। अत्यधिक तरल चरण sintering एड्स पनि SiC अन्न को बृद्धि रोक्न र फोनन को मतलब मुक्त मार्ग कम गर्न सक्छ। तसर्थ, उच्च थर्मल चालकता SiC सिरेमिकहरू तयार गर्न, sintering density को आवश्यकताहरू पूरा गर्दा सम्भव भएसम्म sintering एड्स को सामग्री कम गर्न आवश्यक छ, र sintering एड्स छनोट गर्ने प्रयास गर्नुहोस् जुन SiC जालीमा भंग गर्न गाह्रो छ।

* SiC सिरेमिकको थर्मल गुणहरू जब विभिन्न sintering एडहरू थपिन्छन्

हाल, सिन्टेरिङ सहायताको रूपमा BeO सँग सिन्टेर गरिएको तातो-प्रेस गरिएका SiC सिरेमिकहरूमा अधिकतम कोठा-तापमान थर्मल चालकता (270W·m-1·K-1) हुन्छ। यद्यपि, BeO अत्यधिक विषाक्त पदार्थ र कार्सिनोजेनिक हो, र प्रयोगशाला वा औद्योगिक क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोगको लागि उपयुक्त छैन। Y2O3-Al2O3 प्रणालीको सबैभन्दा कम eutectic बिन्दु 1760℃ हो, जुन SiC सिरेमिकका लागि सामान्य तरल-चरण सिंटरिङ सहायता हो। यद्यपि, Al3+ सजिलैसँग SiC जालीमा भंग हुने भएकोले, जब यो प्रणालीलाई सिन्टेरिङ सहायताको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, SiC सिरेमिकको कोठा-तापमान तापीय चालकता २००W·m-1·K-1 भन्दा कम हुन्छ।

दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरू जस्तै Y, Sm, Sc, Gd र La SiC जालीमा सजिलै घुलनशील हुँदैनन् र उच्च अक्सिजन आत्मीयता छ, जसले प्रभावकारी रूपमा SiC जालीको अक्सिजन सामग्रीलाई कम गर्न सक्छ। तसर्थ, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) प्रणाली उच्च थर्मल चालकता (>200W·m-1·K-1) SiC सिरेमिकहरू तयार गर्नको लागि एक साझा सिंटरिङ सहायता हो। Y2O3-Sc2O3 प्रणाली सिंटरिङ सहायतालाई उदाहरणको रूपमा लिँदा, Y3+ र Si4+ को आयन विचलन मूल्य ठूलो छ, र दुईले ठोस समाधान गर्दैनन्। 1800~2600℃ मा शुद्ध SiC मा Sc को घुलनशीलता सानो छ, लगभग (2~3)×1017atoms·cm-3।

② उच्च तापमान गर्मी उपचार

SiC सिरेमिकको उच्च तापक्रम ताप उपचार जाली दोषहरू, विस्थापनहरू र अवशिष्ट तनावहरू हटाउन, क्रिस्टलमा केही अनाकार सामग्रीहरूको संरचनात्मक रूपान्तरणलाई बढावा दिन, र फोनोन स्क्याटरिंग प्रभावलाई कमजोर पार्न अनुकूल छ। थप रूपमा, उच्च-तापमान ताप उपचारले प्रभावकारी रूपमा SiC अन्नको वृद्धिलाई बढावा दिन सक्छ, र अन्ततः सामग्रीको थर्मल गुणहरू सुधार गर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, 1950°C मा उच्च-तापमान ताप उपचार पछि, SiC सिरेमिकको थर्मल डिफ्यूजन गुणांक 83.03mm2·s-1 बाट 89.50mm2·s-1 सम्म बढ्यो, र कोठाको तापक्रम तापीय चालकता 180.94W·m बाट बढ्यो। -1·K-1 देखि 192.17W·m-1·K-1। उच्च-तापमान तातो उपचारले प्रभावकारी रूपमा SiC सतह र जालीमा sintering सहायताको deoxidation क्षमता सुधार गर्दछ, र SiC अन्नहरू बीचको सम्बन्धलाई कडा बनाउँछ। उच्च-तापमान ताप उपचार पछि, SiC सिरेमिकको कोठा-तापमान थर्मल चालकता उल्लेखनीय रूपमा सुधार गरिएको छ।