فی الحال،سلکان کاربائیڈ (SiC)ایک تھرمل طور پر conductive سیرامک مواد ہے جو گھر اور بیرون ملک فعال طور پر مطالعہ کیا جاتا ہے. SiC کی نظریاتی تھرمل چالکتا بہت زیادہ ہے، اور کچھ کرسٹل شکلیں 270W/mK تک پہنچ سکتی ہیں، جو پہلے سے ہی غیر کنڈکٹیو مادوں میں سرفہرست ہے۔ مثال کے طور پر، SiC تھرمل چالکتا کا اطلاق سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز کے سبسٹریٹ میٹریل، ہائی تھرمل چالکتا سیرامک میٹریل، سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ کے لیے ہیٹر اور ہیٹنگ پلیٹس، جوہری ایندھن کے لیے کیپسول مواد، اور کمپریسر پمپ کے لیے گیس سیلنگ رِنگز میں دیکھا جا سکتا ہے۔
کی درخواستسلکان کاربائیڈسیمی کنڈکٹر فیلڈ میں
سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں سلکان ویفر کی پیداوار کے لیے پیسنے والی ڈسک اور فکسچر اہم عمل کا سامان ہیں۔ اگر پیسنے والی ڈسک کاسٹ آئرن یا کاربن اسٹیل سے بنی ہے، تو اس کی سروس لائف مختصر ہے اور اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک بڑا ہے۔ سلیکن ویفر کی پروسیسنگ کے دوران، خاص طور پر تیز رفتار پیسنے یا پالش کرنے کے دوران، پیسنے والی ڈسک کے پہننے اور تھرمل اخترتی کی وجہ سے، سلکان ویفر کی چپٹی اور ہم آہنگی کی ضمانت دینا مشکل ہے۔ پیسنے والی ڈسک جس سے بنی ہے۔سلکان کاربائیڈ سیرامکساس کی زیادہ سختی کی وجہ سے اس کا لباس کم ہے، اور اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک بنیادی طور پر سیلیکون ویفرز جیسا ہی ہے، لہذا اسے تیز رفتاری سے گراؤنڈ اور پالش کیا جا سکتا ہے۔
اس کے علاوہ، جب سلیکون ویفرز تیار کیے جاتے ہیں، تو انہیں اعلی درجہ حرارت کے ہیٹ ٹریٹمنٹ سے گزرنا پڑتا ہے اور اکثر سلکان کاربائیڈ فکسچر کا استعمال کرتے ہوئے منتقل کیا جاتا ہے۔ وہ گرمی مزاحم اور غیر تباہ کن ہیں. کارکردگی کو بڑھانے، ویفر کو پہنچنے والے نقصان کو کم کرنے اور آلودگی کو پھیلنے سے روکنے کے لیے ڈائمنڈ نما کاربن (DLC) اور دیگر کوٹنگز کو سطح پر لگایا جا سکتا ہے۔
مزید برآں، تیسری نسل کے وسیع بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر مواد کے نمائندے کے طور پر، سلکان کاربائیڈ سنگل کرسٹل مواد میں خصوصیات ہیں جیسے بڑے بینڈ گیپ کی چوڑائی (Si سے تقریباً 3 گنا)، اعلی تھرمل چالکتا (Si سے تقریباً 3.3 گنا یا 10 گنا) GaAs کی، ہائی الیکٹران سنترپتی منتقلی کی شرح (Si سے تقریباً 2.5 گنا) اور ہائی بریک ڈاؤن الیکٹرک فیلڈ (Si سے تقریباً 10 گنا یا GaAs سے 5 گنا)۔ SiC آلات عملی ایپلی کیشنز میں روایتی سیمی کنڈکٹر مادی آلات کے نقائص کو پورا کرتے ہیں اور آہستہ آہستہ پاور سیمی کنڈکٹرز کے مرکزی دھارے میں شامل ہو رہے ہیں۔
اعلی تھرمل چالکتا سلکان کاربائیڈ سیرامکس کی مانگ میں ڈرامائی طور پر اضافہ ہوا ہے۔
سائنس اور ٹیکنالوجی کی مسلسل ترقی کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر فیلڈ میں سلکان کاربائیڈ سیرامکس کے استعمال کی مانگ میں ڈرامائی طور پر اضافہ ہوا ہے، اور اعلی تھرمل چالکتا سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ آلات کے اجزاء میں اس کے اطلاق کے لیے ایک اہم اشارہ ہے۔ لہذا، اعلی تھرمل چالکتا سلکان کاربائیڈ سیرامکس پر تحقیق کو مضبوط بنانا بہت ضروری ہے۔ جالی آکسیجن کے مواد کو کم کرنا، کثافت کو بہتر بنانا، اور جالی میں دوسرے مرحلے کی تقسیم کو معقول طریقے سے منظم کرنا سلکان کاربائیڈ سیرامکس کی تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے کے اہم طریقے ہیں۔
فی الحال، میرے ملک میں ہائی تھرمل چالکتا سلکان کاربائیڈ سیرامکس کے بارے میں کچھ مطالعات ہیں، اور عالمی سطح کے مقابلے میں اب بھی ایک بڑا فرق ہے۔ مستقبل کی تحقیق کی سمتوں میں شامل ہیں:
● سلکان کاربائیڈ سیرامک پاؤڈر کی تیاری کے عمل کی تحقیق کو مضبوط بنائیں۔ اعلی طہارت، کم آکسیجن سلکان کاربائیڈ پاؤڈر کی تیاری اعلی تھرمل چالکتا سلکان کاربائیڈ سیرامکس کی تیاری کی بنیاد ہے۔
● sintering ایڈز کے انتخاب اور متعلقہ نظریاتی تحقیق کو مضبوط بنانا؛
● اعلی درجے کے sintering آلات کی تحقیق اور ترقی کو مضبوط بنائیں۔ ایک معقول مائیکرو اسٹرکچر حاصل کرنے کے لیے sintering کے عمل کو ریگولیٹ کرتے ہوئے، اعلی تھرمل چالکتا سلکان کاربائیڈ سیرامکس حاصل کرنے کے لیے یہ ایک ضروری شرط ہے۔
سلکان کاربائیڈ سیرامکس کی تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے کے اقدامات
SiC سیرامکس کی تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے کی کلید فونون بکھرنے کی فریکوئنسی کو کم کرنا اور فونون مطلب فری پاتھ کو بڑھانا ہے۔ SiC کی تھرمل چالکتا کو SiC سیرامکس کی پورسٹی اور گرین باؤنڈری کثافت کو کم کرکے، SiC اناج کی حدود کی پاکیزگی کو بہتر بنا کر، SiC جالیوں کی نجاست یا جالی کے نقائص کو کم کرکے، اور SiC میں گرمی کے بہاؤ کی ترسیل کے کیریئر کو بڑھا کر مؤثر طریقے سے بہتر کیا جائے گا۔ فی الحال، sintering ایڈز کی قسم اور مواد کو بہتر بنانا اور اعلی درجہ حرارت کی گرمی کا علاج SiC سیرامکس کی تھرمل چالکتا کو بہتر بنانے کے اہم اقدامات ہیں۔
① سنٹرنگ ایڈز کی قسم اور مواد کو بہتر بنانا
اعلی تھرمل چالکتا SiC سیرامکس تیار کرتے وقت مختلف قسم کے سنٹرنگ ایڈز کو اکثر شامل کیا جاتا ہے۔ ان میں سے، sintering ایڈز کی قسم اور مواد کا SiC سیرامکس کی تھرمل چالکتا پر بہت زیادہ اثر پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر، Al2O3 سسٹم سنٹرنگ ایڈز میں Al یا O عناصر آسانی سے SiC جالی میں تحلیل ہو جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں خالی جگہیں اور نقائص پیدا ہوتے ہیں، جو فونون کے بکھرنے کی فریکوئنسی میں اضافے کا باعث بنتے ہیں۔ اس کے علاوہ، اگر sintering ایڈز کا مواد کم ہے تو، مواد کو sinter اور densify کرنا مشکل ہے، جبکہ sintering ایڈز کا زیادہ مواد نجاستوں اور نقائص میں اضافے کا باعث بنے گا۔ ضرورت سے زیادہ مائع فیز سنٹرنگ ایڈز بھی SiC دانوں کی نشوونما کو روک سکتے ہیں اور فونونز کے اوسط آزاد راستے کو کم کر سکتے ہیں۔ لہذا، اعلی تھرمل چالکتا SiC سیرامکس کو تیار کرنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ sintering ایڈز کے مواد کو جتنا ممکن ہو کم کیا جائے اور sintering density کی ضروریات کو پورا کرتے ہوئے، اور sintering aids کو منتخب کرنے کی کوشش کریں جن کا SiC جالی میں تحلیل ہونا مشکل ہو۔
*SIC سیرامکس کی تھرمل خصوصیات جب مختلف سنٹرنگ ایڈز کو شامل کیا جاتا ہے۔
فی الحال، BeO کے ساتھ سینٹرنگ ایڈ کے طور پر گرم دبائے ہوئے SiC سیرامکس میں زیادہ سے زیادہ کمرے کے درجہ حرارت کی تھرمل چالکتا (270W·m-1·K-1) ہوتی ہے۔ تاہم، BeO ایک انتہائی زہریلا مواد اور سرطان پیدا کرنے والا ہے، اور لیبارٹریوں یا صنعتی شعبوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کے لیے موزوں نہیں ہے۔ Y2O3-Al2O3 سسٹم کا سب سے کم ایوٹیکٹک پوائنٹ 1760℃ ہے، جو SiC سیرامکس کے لیے ایک عام مائع فیز سنٹرنگ ایڈ ہے۔ تاہم، چونکہ Al3+ آسانی سے SiC جالی میں تحلیل ہو جاتا ہے، جب اس نظام کو ایک سنٹرنگ ایڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، تو SiC سیرامکس کی کمرے کے درجہ حرارت کی تھرمل چالکتا 200W·m-1·K-1 سے کم ہوتی ہے۔
نایاب زمینی عناصر جیسے Y، Sm، Sc، Gd اور La SiC جالیوں میں آسانی سے حل نہیں ہوتے ہیں اور ان میں آکسیجن کا زیادہ تعلق ہوتا ہے، جو SiC جالی کے آکسیجن مواد کو مؤثر طریقے سے کم کر سکتا ہے۔ لہذا، Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) نظام اعلی تھرمل چالکتا (>200W·m-1·K-1) SiC سیرامکس کی تیاری کے لیے ایک عام سنٹرنگ امداد ہے۔ مثال کے طور پر Y2O3-Sc2O3 سسٹم سنٹرنگ ایڈ کو لے کر، Y3+ اور Si4+ کی آئن انحراف کی قدر بڑی ہے، اور دونوں ٹھوس حل سے نہیں گزرتے ہیں۔ 1800~2600℃ پر خالص SiC میں Sc کی حل پذیری چھوٹی ہے، تقریباً (2~3)×1017atoms·cm-3۔
② اعلی درجہ حرارت گرمی کا علاج
SiC سیرامکس کا اعلی درجہ حرارت ہیٹ ٹریٹمنٹ جالیوں کے نقائص، سندچیوتی اور بقایا تناؤ کو ختم کرنے، کرسٹل میں کچھ بے ساختہ مواد کی ساختی تبدیلی کو فروغ دینے اور فونون بکھرنے والے اثر کو کمزور کرنے کے لیے موزوں ہے۔ اس کے علاوہ، اعلی درجہ حرارت گرمی کا علاج مؤثر طریقے سے SiC اناج کی ترقی کو فروغ دے سکتا ہے، اور بالآخر مواد کی تھرمل خصوصیات کو بہتر بنا سکتا ہے. مثال کے طور پر، 1950 ° C پر ہائی ٹمپریچر ہیٹ ٹریٹمنٹ کے بعد، SiC سیرامکس کا تھرمل ڈفیوژن گتانک 83.03mm2·s-1 سے 89.50mm2·s-1 تک بڑھ گیا، اور کمرے کے درجہ حرارت کی تھرمل چالکتا 180.94W·m سے بڑھ گئی۔ -1·K-1 سے 192.17W·m-1·K-1۔ ہائی ٹمپریچر ہیٹ ٹریٹمنٹ مؤثر طریقے سے ایس آئی سی کی سطح اور جالی پر سنٹرنگ ایڈ کی ڈی آکسیڈیشن کی صلاحیت کو بہتر بناتا ہے، اور ایس آئی سی اناج کے درمیان تعلق کو سخت بناتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت گرمی کے علاج کے بعد، SiC سیرامکس کے کمرے کے درجہ حرارت کی تھرمل چالکتا میں نمایاں طور پر بہتری آئی ہے۔
پوسٹ ٹائم: اکتوبر 24-2024