Miks on pooljuhtide tööstuses kasvav nõudlus kõrge soojusjuhtivusega ränidioksiidi keraamika järele?

Praeguränikarbiid (SiC)on väga aktiivne soojusjuhtivate keraamiliste materjalide uurimisvaldkond nii kodu- kui ka rahvusvaheliselt. Teoreetilise soojusjuhtivusega, mis võib teatud tüüpi kristallide puhul ulatuda kuni 270 W/mK,SiCon juhtivate materjalide hulgas mittejuhtivate materjalide alal. Selle rakendused hõlmavad pooljuhtseadmete substraate, kõrge soojusjuhtivusega keraamilisi materjale, pooljuhtide töötlemisel kasutatavaid küttekehasid ja kuumutusplaate, tuumkütuse kapslimaterjale ja kompressorpumpade õhukindlaid tihendeid.

Kuidas onRänikarbiidKas rakendatakse pooljuhtide tööstuses?

Lihvimisplaadid ja kinnitusdetailid on pooljuhtidetööstuses räniplaatide tootmisel olulised protsessiseadmed. Kui lihvplaadid on valmistatud malmist või süsinikterasest, on neil tavaliselt lühike eluiga ja kõrge soojuspaisumistegur. Räniplaatide töötlemise ajal, eriti kiire lihvimise või poleerimise ajal, muudab nende lihvimisplaatide kulumine ja termiline deformatsioon räniplaatide tasasuse ja paralleelsuse säilitamise keeruliseks. Ränikarbiidkeraamikast valmistatud lihvimisplaatidel on aga kõrge kõvadus ja madal kulumine ning nende soojuspaisumise koefitsient sarnaneb ränivahvlite omaga, võimaldades kiiret lihvimist ja poleerimist.

Veelgi enam, räniplaatide tootmisel on vaja kõrge temperatuuriga kuumtöötlust, kasutades transpordiks sageli ränikarbiidist kinnitusi. Need kinnitused on vastupidavad kuumusele ja kahjustustele ning neid saab katta teemanditaolise süsinikuga (DLC), et parandada jõudlust, leevendada vahvlikahjustusi ja vältida saaste levikut. Lisaks on ränikarbiidi monokristallidel kolmanda põlvkonna laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalide esindajatel sellised omadused nagu lai ribalaius (ligikaudu kolm korda suurem kui räni oma), kõrge soojusjuhtivus (umbes 3,3 korda suurem kui ränil või 10 korda suurem). GaAs), elektronide kõrge küllastuskiirus (ligikaudu 2,5 korda suurem kui räni oma) ja suur läbilöögivõimega elektriväli (ligikaudu 10 korda suurem kui ränil või viis korda suurem kui GaAs). Ränikarbiidist seadmed kompenseerivad traditsiooniliste pooljuhtmaterjalist seadmete puudujääke praktilistes rakendustes ja on järk-järgult muutumas jõuliste pooljuhtide peavooluks.

Miks on nõudlus kõrge soojusjuhtivuse järele?SiC keraamikaKihutab?

Pideva tehnoloogilise arenguga on nõudlusränikarbiidist keraamikapooljuhtide tööstuses kasvab kiiresti. Kõrge soojusjuhtivus on kriitiline näitaja nende kasutamisel pooljuhtide tootmisseadmete komponentides, mis muudab kõrge soojusjuhtivuse uuringudSiC keraamikaülioluline. Võre hapnikusisalduse vähendamine, tiheduse suurendamine ja teise faasi jaotuse ratsionaalne reguleerimine võres on peamised meetodid võre soojusjuhtivuse suurendamiseks.ränikarbiidist keraamika.

Praegu uuritakse kõrge soojusjuhtivuse kohtaSiC keraamikaHiinas on see piiratud ja jääb ülemaailmsetest standarditest märkimisväärselt maha. Tulevased uurimissuunad hõlmavad järgmist:

Ettevalmistusprotsessi uurimise tugevdamineSiC keraamikapulbrid, kuna kõrge puhtusastmega madala hapnikusisaldusega SiC pulbri valmistamine on kõrge soojusjuhtivuse saavutamiseks üliolulineSiC keraamika.

Paagutamise abivahendite valiku ja teoreetilise uurimistöö tõhustamine.

Kõrgetasemeliste paagutamisseadmete väljatöötamine, kuna paagutamisprotsessi reguleerimine mõistliku mikrostruktuuri saamiseks on kõrge soojusjuhtivuse saavutamiseks hädavajalikSiC keraamika.

Millised meetmed võivad parandada soojusjuhtivustSiC keraamika?

Võti soojusjuhtivuse parandamiseksSiC keraamikaon vähendada fononite hajumise sagedust ja suurendada fonoonide keskmist vaba teed. Seda saab tõhusalt saavutada poorsuse ja tera piiride tiheduse vähendamisegaSiC keraamika, suurendades ränikarbiidi terade piiride puhtust, minimeerides SiC võre lisandeid või defekte ja suurendades ränikarbiidi soojustranspordi kandjaid. Praegu on paagutamise abiainete tüübi ja sisu optimeerimine ning kõrgel temperatuuril kuumtöötlemine esmased meetmed soojusjuhtivuse suurendamiseks.SiC keraamika.

Paagutamise abivahendite tüübi ja sisu optimeerimine

Kõrge soojusjuhtivusega materjali valmistamisel lisatakse sageli erinevaid paagutamise abivahendeidSiC keraamika. Nende paagutamise abivahendite tüüp ja sisaldus mõjutavad oluliselt nende soojusjuhtivustSiC keraamika. Näiteks Al2O3 süsteemi paagutamise abivahendites olevad elemendid nagu Al või O võivad kergesti lahustuda SiC võres, tekitades vabu kohti ja defekte, suurendades seega fonoonide hajumise sagedust. Veelgi enam, kui paagutamise abiaine sisaldus on liiga madal, ei pruugi materjal paagutamise ajal tiheneda, samas kui suur paagutamise abiaine sisaldus võib põhjustada lisandite ja defektide suurenemist. Liigne vedelfaasiline paagutamise abivahend võib samuti pärssida SiC tera kasvu, vähendades fononi keskmist vaba teed. Seetõttu kõrge soojusjuhtivuse saavutamiseksSiC keraamika, on vaja minimeerida paagutamise abiaine sisaldust, tagades samal ajal tihendamise, ja valida paagutamise abiained, mis ei lahustu SiC võres kergesti.

Hetkel kuumpressitudSiC keraamikakasutades BeO paagutamise abivahendina, on toatemperatuuril kõrgeim soojusjuhtivus (270 W·m-1·K-1). Kuid BeO on väga mürgine ja kantserogeenne, mistõttu see ei sobi laialdaseks kasutamiseks laborites ega tööstuses. Süsteemi Y2O3-Al2O3 eutektiline punkt on 1760 °C ja see on tavaline vedelfaasi paagutamise abivahendSiC keraamika, kuid kuna Al3+ lahustub kergesti SiC võres,SiC keraamikaSelle süsteemiga paagutamise abivahendina on toatemperatuuril soojusjuhtivus alla 200 W·m-1·K-1.

Haruldased muldmetallid, nagu Y, Sm, Sc, Gd ja La, ei lahustu SiC võres kergesti ja neil on kõrge hapnikuafiinsus, vähendades tõhusalt hapnikusisaldust SiC võres. Seetõttu kasutatakse süsteemi Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) tavaliselt paagutamise abivahendina kõrge soojusjuhtivusega (>200 W·m-1·K-1) valmistamisel.SiC keraamika. Näiteks Y2O3-Sc2O3 süsteemis on iooniline kõrvalekalle Y3+ ja Si4+ vahel märkimisväärne, takistades tahkete lahuste teket. Sc lahustuvus puhtas ränidioksiidis on suhteliselt madal temperatuuril 1800-2600 °C, ligikaudu (2-3) × 10^17 aatomit · cm ^-3.

SiC keraamika termilised omadused erinevate paagutamise abivahenditega

Kõrge temperatuuriga kuumtöötlus

Kõrgtemperatuuriline kuumtöötlusSiC keraamikaaitab kõrvaldada võre defekte, dislokatsioone ja jääkpingeid, soodustades mõnede amorfsete struktuuride muutumist kristalliliseks struktuuriks ja vähendades fonoonide hajumist. Lisaks soodustab kõrge temperatuuriga kuumtöötlus tõhusalt SiC tera kasvu, parandades lõpuks materjali termilisi omadusi. Näiteks pärast kõrgel temperatuuril kuumtöötlemist temperatuuril 1950 ° C on termiline difusioonSiC keraamikatõusis 83,03 mm2·s-1-lt 89,50 mm2·s-1-le ja ruumitemperatuuri soojusjuhtivus tõusis 180,94 W·m-1·K-1-lt 192,17 W·m-1·K-1-le. Kõrgtemperatuuriline kuumtöötlus parandab oluliselt paagutamise abivahendite deoksüdatsioonivõimet SiC pinnal ja võres ning pingutab ränikarbiidi teraühendusi. Järelikult toatemperatuuri soojusjuhtivusSiC keraamikaon pärast kõrgel temperatuuril kuumtöötlust märgatavalt paranenud.**

Meie, Semicorex, oleme spetsialiseerunudSiC keraamikaja muud pooljuhtide tootmises kasutatavad keraamilised materjalid, kui teil on küsimusi või vajate täiendavaid üksikasju, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com