సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్‌లో అధిక ఉష్ణ వాహకత SiC సెరామిక్స్ యొక్క డిమాండ్ మరియు అప్లికేషన్

ప్రస్తుతం,సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)స్వదేశంలో మరియు విదేశాలలో చురుకుగా అధ్యయనం చేయబడిన ఉష్ణ వాహక సిరామిక్ పదార్థం. SiC యొక్క సైద్ధాంతిక ఉష్ణ వాహకత చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు కొన్ని క్రిస్టల్ రూపాలు 270W/mKకి చేరుకోగలవు, ఇది ఇప్పటికే నాన్-కండక్టివ్ మెటీరియల్స్‌లో అగ్రగామిగా ఉంది. ఉదాహరణకు, SiC ఉష్ణ వాహకత యొక్క అప్లికేషన్ సెమీకండక్టర్ పరికరాల యొక్క ఉపరితల పదార్థాలు, అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన సిరామిక్ పదార్థాలు, సెమీకండక్టర్ ప్రాసెసింగ్ కోసం హీటర్లు మరియు తాపన ప్లేట్లు, అణు ఇంధనం కోసం క్యాప్సూల్ పదార్థాలు మరియు కంప్రెసర్ పంపుల కోసం గ్యాస్ సీలింగ్ రింగ్‌లలో చూడవచ్చు.

యొక్క అప్లికేషన్సిలికాన్ కార్బైడ్సెమీకండక్టర్ రంగంలో
సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో సిలికాన్ పొర ఉత్పత్తికి గ్రైండింగ్ డిస్క్‌లు మరియు ఫిక్చర్‌లు ముఖ్యమైన ప్రక్రియ పరికరాలు. గ్రౌండింగ్ డిస్క్ కాస్ట్ ఇనుము లేదా కార్బన్ స్టీల్తో తయారు చేయబడితే, దాని సేవ జీవితం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు దాని ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం పెద్దది. సిలికాన్ పొరల ప్రాసెసింగ్ సమయంలో, ముఖ్యంగా హై-స్పీడ్ గ్రౌండింగ్ లేదా పాలిషింగ్ సమయంలో, గ్రైండింగ్ డిస్క్ యొక్క దుస్తులు మరియు ఉష్ణ వైకల్యం కారణంగా, సిలికాన్ పొర యొక్క ఫ్లాట్‌నెస్ మరియు సమాంతరత హామీ ఇవ్వడం కష్టం. గ్రౌండింగ్ డిస్క్ తయారు చేయబడిందిసిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్అధిక కాఠిన్యం కారణంగా తక్కువ దుస్తులు కలిగి ఉంటుంది మరియు దాని ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం ప్రాథమికంగా సిలికాన్ పొరల మాదిరిగానే ఉంటుంది, కాబట్టి ఇది అధిక వేగంతో గ్రౌండ్ మరియు పాలిష్ చేయబడుతుంది.

అదనంగా, సిలికాన్ పొరలు ఉత్పత్తి చేయబడినప్పుడు, అవి అధిక-ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స చేయించుకోవాలి మరియు తరచుగా సిలికాన్ కార్బైడ్ ఫిక్చర్‌లను ఉపయోగించి రవాణా చేయబడతాయి. అవి వేడి-నిరోధకత మరియు నాన్-డిస్ట్రక్టివ్. డైమండ్ లాంటి కార్బన్ (DLC) మరియు ఇతర పూతలు పనితీరును మెరుగుపరచడానికి, పొర నష్టాన్ని తగ్గించడానికి మరియు కాలుష్యం వ్యాప్తి చెందకుండా నిరోధించడానికి ఉపరితలంపై వర్తించవచ్చు.

ఇంకా, మూడవ తరం వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ యొక్క ప్రతినిధిగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్స్ పెద్ద బ్యాండ్‌గ్యాప్ వెడల్పు (Si కంటే దాదాపు 3 రెట్లు), అధిక ఉష్ణ వాహకత (Si కంటే 3.3 రెట్లు లేదా 10 రెట్లు) వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. GaAs), అధిక ఎలక్ట్రాన్ సంతృప్త మైగ్రేషన్ రేటు (Si కంటే దాదాపు 2.5 రెట్లు) మరియు అధిక బ్రేక్‌డౌన్ విద్యుత్ క్షేత్రం (Si కంటే 10 రెట్లు లేదా GaAs కంటే 5 రెట్లు). SiC పరికరాలు ప్రాక్టికల్ అప్లికేషన్‌లలో సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్ పరికరాల లోపాలను భర్తీ చేస్తాయి మరియు క్రమంగా పవర్ సెమీకండక్టర్ల ప్రధాన స్రవంతిగా మారుతున్నాయి.

అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్‌కు డిమాండ్ నాటకీయంగా పెరిగింది
సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీ యొక్క నిరంతర అభివృద్ధితో, సెమీకండక్టర్ రంగంలో సిలికాన్ కార్బైడ్ సెరామిక్స్ యొక్క అప్లికేషన్ కోసం డిమాండ్ నాటకీయంగా పెరిగింది మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత సెమీకండక్టర్ తయారీ పరికరాల భాగాలలో దాని అనువర్తనానికి కీలక సూచిక. అందువల్ల, అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్‌పై పరిశోధనను బలోపేతం చేయడం చాలా కీలకం. లాటిస్ ఆక్సిజన్ కంటెంట్‌ను తగ్గించడం, సాంద్రతను మెరుగుపరచడం మరియు లాటిస్‌లో రెండవ దశ పంపిణీని సహేతుకంగా నియంత్రించడం సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరచడానికి ప్రధాన పద్ధతులు.

ప్రస్తుతం, నా దేశంలో అధిక ఉష్ణ వాహకత సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్‌పై కొన్ని అధ్యయనాలు ఉన్నాయి మరియు ప్రపంచ స్థాయితో పోల్చితే ఇప్పటికీ పెద్ద గ్యాప్ ఉంది. భవిష్యత్ పరిశోధన దిశలలో ఇవి ఉన్నాయి:
●సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్ పౌడర్ తయారీ ప్రక్రియ పరిశోధనను బలోపేతం చేయండి. అధిక-స్వచ్ఛత, తక్కువ-ఆక్సిజన్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పౌడర్ తయారీ అనేది అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్ తయారీకి ఆధారం;
● సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ మరియు సంబంధిత సైద్ధాంతిక పరిశోధనల ఎంపికను బలోపేతం చేయండి;
●హై-ఎండ్ సింటరింగ్ పరికరాల పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిని బలోపేతం చేయండి. సహేతుకమైన మైక్రోస్ట్రక్చర్‌ను పొందేందుకు సింటరింగ్ ప్రక్రియను నియంత్రించడం ద్వారా, అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్‌లను పొందడం తప్పనిసరి పరిస్థితి.
సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరచడానికి చర్యలు
SiC సెరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరచడంలో కీలకమైనది ఫోనాన్ స్కాటరింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీని తగ్గించడం మరియు ఫోనాన్ మీన్ ఫ్రీ పాత్‌ను పెంచడం. SiC సిరామిక్స్ యొక్క సచ్ఛిద్రత మరియు ధాన్యం సరిహద్దు సాంద్రతను తగ్గించడం, SiC ధాన్యం సరిహద్దుల స్వచ్ఛతను మెరుగుపరచడం, SiC లాటిస్ మలినాలను లేదా లాటిస్ లోపాలను తగ్గించడం మరియు SiCలో ఉష్ణ ప్రవాహ ప్రసార వాహకతను పెంచడం ద్వారా SiC యొక్క ఉష్ణ వాహకత సమర్థవంతంగా మెరుగుపడుతుంది. ప్రస్తుతం, సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ యొక్క రకాన్ని మరియు కంటెంట్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడం మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స SiC సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరచడానికి ప్రధాన చర్యలు.

① సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ రకం మరియు కంటెంట్‌ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం

అధిక ఉష్ణ వాహకత కలిగిన SiC సిరమిక్స్‌ను తయారు చేసేటప్పుడు వివిధ రకాల సింటరింగ్ సహాయాలు తరచుగా జోడించబడతాయి. వాటిలో, సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ యొక్క రకం మరియు కంటెంట్ SiC సిరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకతపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. ఉదాహరణకు, Al2O3 సిస్టమ్ సింటరింగ్ ఎయిడ్స్‌లోని Al లేదా O మూలకాలు SiC లాటిస్‌లో సులభంగా కరిగిపోతాయి, ఫలితంగా ఖాళీలు మరియు లోపాలు ఏర్పడతాయి, ఇది ఫోనాన్ స్కాటరింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీలో పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. అదనంగా, సింటరింగ్ ఎయిడ్స్‌లో కంటెంట్ తక్కువగా ఉంటే, పదార్థం సింటర్ చేయడం మరియు సాంద్రత చేయడం కష్టం, అయితే సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ యొక్క అధిక కంటెంట్ మలినాలను మరియు లోపాల పెరుగుదలకు దారి తీస్తుంది. అధిక లిక్విడ్ ఫేజ్ సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ SiC ధాన్యాల పెరుగుదలను కూడా నిరోధించవచ్చు మరియు ఫోనాన్‌ల సగటు ఉచిత మార్గాన్ని తగ్గించవచ్చు. అందువల్ల, అధిక ఉష్ణ వాహకత SiC సిరామిక్‌లను సిద్ధం చేయడానికి, సింటరింగ్ సాంద్రత యొక్క అవసరాలను తీర్చేటప్పుడు వీలైనంత వరకు సింటరింగ్ ఎయిడ్‌ల కంటెంట్‌ను తగ్గించడం అవసరం మరియు SiC లాటిస్‌లో కరిగించడం కష్టంగా ఉండే సింటరింగ్ ఎయిడ్‌లను ఎంచుకోవడానికి ప్రయత్నించండి.

*వివిధ సింటరింగ్ ఎయిడ్స్ జోడించబడినప్పుడు SiC సిరామిక్స్ యొక్క థర్మల్ లక్షణాలు

ప్రస్తుతం, హాట్-ప్రెస్డ్ SiC సెరామిక్స్‌లో సింటరింగ్ సహాయంగా బీఓతో సిన్టర్ చేయబడింది గరిష్ట గది-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకత (270W·m-1·K-1). అయినప్పటికీ, BeO అనేది అత్యంత విషపూరితమైన పదార్థం మరియు క్యాన్సర్ కారకాలు, మరియు ప్రయోగశాలలు లేదా పారిశ్రామిక రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించేందుకు తగినది కాదు. Y2O3-Al2O3 సిస్టమ్ యొక్క అత్యల్ప యుటెక్టిక్ పాయింట్ 1760℃, ఇది SiC సిరామిక్స్‌కు సాధారణ ద్రవ-దశ సింటరింగ్ సహాయం. అయినప్పటికీ, Al3+ సులభంగా SiC లాటిస్‌లో కరిగిపోతుంది కాబట్టి, ఈ వ్యవస్థను సింటరింగ్ సహాయంగా ఉపయోగించినప్పుడు, SiC సెరామిక్స్ యొక్క గది-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకత 200W·m-1·K-1 కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

Y, Sm, Sc, Gd మరియు La వంటి అరుదైన భూమి మూలకాలు SiC లాటిస్‌లో సులభంగా కరగవు మరియు అధిక ఆక్సిజన్ అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇవి SiC లాటిస్ యొక్క ఆక్సిజన్ కంటెంట్‌ను సమర్థవంతంగా తగ్గించగలవు. అందువల్ల, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) వ్యవస్థ అనేది అధిక ఉష్ణ వాహకత (>200W·m-1·K-1) SiC సిరామిక్‌లను తయారు చేయడానికి ఒక సాధారణ సింటరింగ్ సహాయం. Y2O3-Sc2O3 సిస్టమ్ సింటరింగ్ సహాయాన్ని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, Y3+ మరియు Si4+ యొక్క అయాన్ విచలనం విలువ పెద్దది మరియు రెండూ ఘన పరిష్కారానికి లోనవుతాయి. 1800~2600℃ వద్ద స్వచ్ఛమైన SiCలో Sc యొక్క ద్రావణీయత చిన్నది, దాదాపు (2~3)×1017atoms·cm-3.

② అధిక ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స

SiC సెరామిక్స్ యొక్క అధిక ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స లాటిస్ లోపాలు, తొలగుటలు మరియు అవశేష ఒత్తిళ్లను తొలగించడానికి, కొన్ని నిరాకార పదార్థాల నిర్మాణ రూపాన్ని స్ఫటికాలుగా మార్చడానికి మరియు ఫోనాన్ స్కాటరింగ్ ప్రభావాన్ని బలహీనపరిచేందుకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. అదనంగా, అధిక-ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స SiC ధాన్యాల పెరుగుదలను ప్రభావవంతంగా ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు చివరికి పదార్థం యొక్క ఉష్ణ లక్షణాలను మెరుగుపరుస్తుంది. ఉదాహరణకు, 1950°C వద్ద అధిక-ఉష్ణోగ్రత హీట్ ట్రీట్‌మెంట్ తర్వాత, SiC సెరామిక్స్ యొక్క థర్మల్ డిఫ్యూజన్ కోఎఫీషియంట్ 83.03mm2·s-1 నుండి 89.50mm2·s-1కి పెరిగింది మరియు గది-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకత 180.94W·m నుండి పెరిగింది. -1·K-1 నుండి 192.17W·m-1·K-1. అధిక-ఉష్ణోగ్రత హీట్ ట్రీట్‌మెంట్ SiC ఉపరితలం మరియు లాటిస్‌పై సింటరింగ్ సహాయం యొక్క డీఆక్సిడేషన్ సామర్థ్యాన్ని ప్రభావవంతంగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు SiC గ్రెయిన్‌ల మధ్య సంబంధాన్ని కఠినతరం చేస్తుంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత వేడి చికిత్స తర్వాత, SiC సెరామిక్స్ యొక్క గది-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వాహకత గణనీయంగా మెరుగుపడింది.