Miksi korkean lämmönjohtavuuden piikarbidikeramiikan kysyntä kasvaa puolijohdeteollisuudessa?

Tällä hetkellä,piikarbidi (SiC)on erittäin aktiivinen lämpöä johtavien keraamisten materiaalien tutkimusalue sekä kotimaassa että kansainvälisesti. Teoreettisella lämmönjohtavuudella, joka voi nousta jopa 270 W/mK tietyille kidetyypeille,SiCon johtamattomien materiaalien huippuosaajien joukossa. Sen sovellukset kattavat puolijohdelaitteiden substraatteja, korkean lämmönjohtavuuden keraamisia materiaaleja, puolijohdeprosessoinnin lämmittimiä ja keittolevyjä, ydinpolttoaineen kapselimateriaaleja ja kompressoripumppujen ilmatiiviitä tiivisteitä.

Miten onPiikarbidiSovellettu puolijohdeteollisuudessa?

Hiomalevyt ja kiinnikkeet ovat keskeisiä prosessilaitteita puolijohdeteollisuuden piikiekkojen tuotannossa. Jos hiomalevyt on valmistettu valuraudasta tai hiiliteräksestä, niillä on yleensä lyhyt käyttöikä ja korkea lämpölaajenemiskerroin. Piikiekkojen käsittelyn aikana, erityisesti nopean hionnan tai kiillotuksen aikana, näiden hiomalevyjen kuluminen ja lämpömuodonmuutos tekevät piikiekkojen tasaisuuden ja yhdensuuntaisuuden säilyttämisestä haastavaa. Piikarbidikeramiikasta valmistetuilla hiomalevyillä on kuitenkin korkea kovuus ja alhainen kuluminen, ja niiden lämpölaajenemiskerroin vastaa läheisesti piikiekkojen lämpölaajenemiskerrointa, mikä mahdollistaa nopean hionnan ja kiillotuksen.

Lisäksi piikiekkojen valmistuksessa vaaditaan korkean lämpötilan lämpökäsittelyä, jossa käytetään usein piikarbidivalaisimia kuljetukseen. Nämä valaisimet kestävät kuumuutta ja vaurioita, ja ne voidaan päällystää timanttimaisella hiilellä (DLC) suorituskyvyn parantamiseksi, kiekkojen vaurioiden vähentämiseksi ja kontaminaatioiden leviämisen estämiseksi. Lisäksi kolmannen sukupolven laajakaistaisten puolijohdemateriaalien edustajana piikarbidin yksikiteillä on ominaisuuksia, kuten leveä kaistaväli (noin kolme kertaa piin verrattuna), korkea lämmönjohtavuus (noin 3,3 kertaa piin tai 10 kertaa suurempi). GaAs), korkea elektronien kyllästymisnopeus (noin 2,5 kertaa piin verrattuna) ja voimakas sähkökenttä (noin 10 kertaa piin tai viisi kertaa GaAs:n). Piikarbidilaitteet kompensoivat perinteisten puolijohdemateriaalilaitteiden puutteita käytännön sovelluksissa, ja niistä on vähitellen tulossa valtavirtaa tehopuolijohteissa.

Miksi korkean lämmönjohtavuuden kysyntä on?SiC KeramiikkaJännittää?

Jatkuvan teknologisen kehityksen myötä kysyntääpiikarbidi keramiikkapuolijohdeteollisuudessa kasvaa nopeasti. Korkea lämmönjohtavuus on kriittinen indikaattori niiden käytölle puolijohteiden valmistuslaitteiden komponenteissa, mikä tekee korkean lämmönjohtavuuden tutkimuksenSiC keramiikkaratkaiseva. Hilan happipitoisuuden vähentäminen, tiheyden lisääminen ja toisen faasin jakautumisen järkevä kontrollointi hilassa ovat ensisijaisia ​​menetelmiä hilan lämmönjohtavuuden parantamiseksi.piikarbidi keramiikka.

Tällä hetkellä korkean lämmönjohtavuuden tutkimusSiC keramiikkaKiinassa on rajallinen ja jää huomattavasti jälkeen maailmanlaajuisista standardeista. Tulevaisuuden tutkimussuuntia ovat mm.

Valmisteluprosessin tutkimuksen vahvistaminenSiC keramiikkajauheita, koska erittäin puhtaan, vähän happipitoisen piikarbidijauheen valmistus on olennaista korkean lämmönjohtavuuden saavuttamiseksiSiC keramiikka.

Sintrausapuaineiden valinnan ja teoreettisen tutkimuksen tehostaminen.

Korkealaatuisten sintrauslaitteiden kehittäminen, koska sintrausprosessin säätely kohtuullisen mikrorakenteen saamiseksi on välttämätöntä korkean lämmönjohtavuuden saavuttamiseksiSiC keramiikka.

Mitkä toimenpiteet voivat parantaa lämmönjohtavuuttaSiC Keramiikka?

Avain lämmönjohtavuuden parantamiseenSiC keramiikkaon vähentää fononien sirontataajuutta ja lisätä fononien keskimääräistä vapaata polkua. Tämä voidaan saavuttaa tehokkaasti vähentämällä huokoisuutta ja raerajatiheyttäSiC keramiikka, parantaa piikarbidin raerajojen puhtautta, minimoi epäpuhtaudet tai viat piikarbidin hilassa ja lisää lämpökuljettajien määrää piikarbidissa. Tällä hetkellä sintrausapuaineiden tyypin ja sisällön optimointi sekä lämpökäsittely korkeassa lämpötilassa ovat ensisijaisia ​​toimenpiteitä lämmönjohtavuuden parantamiseksi.SiC keramiikka.

Sintrausapuvälineiden tyypin ja sisällön optimointi

Erilaisia ​​sintrausapuaineita lisätään usein korkean lämmönjohtavuuden valmistuksessaSiC keramiikka. Näiden sintrausapuaineiden tyyppi ja sisältö vaikuttavat merkittävästi lämmönjohtavuuteenSiC keramiikka. Esimerkiksi Al2O3-järjestelmän sintrausapuaineissa olevat elementit, kuten Al tai O, voivat helposti liueta SiC-hilaan, jolloin syntyy tyhjiä paikkoja ja vikoja, mikä lisää fononien sirontataajuutta. Lisäksi jos sintrausapuainepitoisuus on liian alhainen, materiaali ei välttämättä tiivisty sintrauksen aikana, kun taas korkea sintrausapuainepitoisuus voi johtaa lisääntyneisiin epäpuhtauksiin ja virheisiin. Liialliset nestefaasisintrausapuaineet voivat myös estää piikarbidin rakeiden kasvua vähentäen fononin keskimääräistä vapaata reittiä. Siksi korkean lämmönjohtavuuden saavuttamiseksiSiC keramiikka, on tarpeen minimoida sintrausapuainepitoisuus samalla kun varmistetaan tiivistyminen, ja valita sintrausapuaineita, jotka eivät liukene helposti SiC-hilaan.

Tällä hetkellä kuumapuristettuSiC keramiikkakäyttämällä BeO:ta sintrausapuaineena, niillä on korkein huoneenlämpötilan lämmönjohtavuus (270 W·m-1·K-1). BeO on kuitenkin erittäin myrkyllinen ja karsinogeeninen, joten se ei sovellu laajaan käyttöön laboratorioissa tai teollisuudessa. Y2O3-Al2O3-järjestelmällä on eutektinen piste 1760 °C:ssa ja se on yleinen nestefaasisintrausapuaineSiC keramiikka, mutta koska Al3+ liukenee helposti piikarbidihilaan,SiC keramiikkaTämän järjestelmän kanssa sintrausapuaineena lämmönjohtavuus huoneenlämpötilassa on alle 200 W·m-1·K-1.

Harvinaiset maametallit, kuten Y, Sm, Sc, Gd ja La, eivät liukene helposti SiC-hilassa ja niillä on korkea happiaffiniteetti, mikä vähentää tehokkaasti SiC-hilan happipitoisuutta. Siksi järjestelmää Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) käytetään yleisesti sintrausapuaineena korkean lämmönjohtavuuden (>200 W·m-1·K-1) valmistuksessa.SiC keramiikka. Esimerkiksi Y2O3-Sc2O3-järjestelmässä ionipoikkeama Y3+:n ja Si4+:n välillä on merkittävä, mikä estää kiinteiden liuosten muodostumisen. Sc:n liukoisuus puhtaaseen piikarbidiin on suhteellisen alhainen 1800-2600°C:n lämpötiloissa, noin (2-3) × 10^17 atomia·cm^-3.

SiC-keramiikan lämpöominaisuudet erilaisilla sintrausapuaineilla

Korkean lämpötilan lämpökäsittely

Korkean lämpötilan lämpökäsittelySiC keramiikkaauttaa poistamaan hilavirheitä, siirtymiä ja jäännösjännitystä edistäen joidenkin amorfisten rakenteiden muuttumista kiteisiksi rakenteiksi ja vähentäen fononien sirontaa. Lisäksi korkean lämpötilan lämpökäsittely edistää tehokkaasti piikarbidin rakeiden kasvua, mikä viime kädessä parantaa materiaalin lämpöominaisuuksia. Esimerkiksi korkean lämpötilan lämpökäsittelyn jälkeen 1950 °C:ssa lämpödiffuusioSiC keramiikkanousi arvosta 83,03 mm2·s-1 arvoon 89,50 mm2·s-1, ja huoneenlämpötilan lämmönjohtavuus kasvoi 180,94 W·m-1·K-1:stä 192,17 W·m-1·K-1:een. Korkean lämpötilan lämpökäsittely parantaa merkittävästi sintrausapuaineiden hapettumiskykyä piikarbidin pinnalla ja hilassa ja kiristää piikarbidin rakeliitoksia. Näin ollen huoneenlämpötilan lämmönjohtavuusSiC keramiikkaparanee huomattavasti korkean lämpötilan lämpökäsittelyn jälkeen.**

Me Semicorexilla olemme erikoistuneetSiC Keramiikkaja muut puolijohteiden valmistuksessa käytettävät keraamiset materiaalit, jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Yhteyspuhelin: +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com