Co je nitrid křemíku

Nitrid křemíku (Si3N4)je klíčovým materiálem ve vývoji pokročilé vysokoteplotní strukturální keramiky. Známý pro své výjimečné vlastnosti, jako je odolnost proti vysokým teplotám, odolnost proti opotřebení, nízká hustota, vysoká pevnost a tvrdost, si získal pověst „všestranného šampióna světa materiálů“. Tyto jedinečné vlastnosti učinily keramiku z nitridu křemíku nepostradatelnou v řadě špičkových oborů, včetně strojírenství, letectví, národní obrany, polovodičových technologií a dokonce i biomedicínských aplikací.

Nitrid křemíkuje anorganická, nekovová sloučenina složená z Si-N tetraedrických jednotek, vyznačující se silnou kovalentní vazbou mezi atomy. Vysoká pevnost vazby mezi atomy křemíku a dusíku poskytuje Si3N4 vynikající mechanické vlastnosti, včetně vynikající tvrdosti a vynikající odolnosti proti opotřebení. Jeho keramika vykazuje silnou odolnost v ohybu a stlačení, díky čemuž je vysoce odolná v náročných prostředích. Avšak stejně silná kovalentní vazba, která propůjčuje nitridu křemíku jeho pevnost, má také za následek omezenou plastickou deformaci, což znamená, že krystalová struktura má velmi málo kluzných systémů. To dává nitridu křemíku křehký charakter, takže je náchylnější k prasknutí při namáhání.

Jednou z klíčových výhodnitrid křemíkuje jeho silná chemická stabilita, pramenící z prostorové síťové struktury tvořené čtyřstěnnými jednotkami nitridu křemíku. Díky tomu je vysoce odolný vůči většině anorganických kyselin a zásad, kromě kyseliny fluorovodíkové, která může materiál korodovat. Tato chemická odolnost přispívá k její spolehlivosti v drsných chemických prostředích a dále rozšiřuje její potenciální aplikace v kritických průmyslových odvětvích.

Silicon Nitride Crystal Structures

Nitrid křemíkuexistuje ve třech různých krystalových strukturách: α-fáze, β-fáze a γ-fáze. Mezi nimi jsou α a β fáze nejčastěji pozorovanými a používanými formami Si3N4, přičemž obě patří do hexagonálního krystalového systému. Stabilní síťová struktura těchto fází je zodpovědná za vynikající mechanické a tepelné vlastnosti, díky kterým je keramika z nitridu křemíku ideální pro různé aplikace.

β-fáze (β-Si3N4) je zvláště důležitá v technických aplikacích díky svému vynikajícímu výkonu při vysokých teplotách a chemické odolnosti. Je to nejrozšířenější krystalická forma v průmyslových odvětvích, jako je letectví, obrana a strojírenství. Například β-Si3N4 se používá při výrobě vysoce výkonných keramických dílů motorů, rotorů a statorů pro plynové turbíny a mechanických těsnicích kroužků, kde jsou vysoce ceněny jeho samomazné vlastnosti a vysoká odolnost v extrémních podmínkách.

Naproti tomu γ-fáze (γ-Si3N4) je mnohem méně běžná forma nitridu křemíku, kterou lze syntetizovat pouze za podmínek vysoké teploty a vysokého tlaku. V důsledku toho se výzkum struktur nitridu křemíku primárně zaměřil na α a β fáze.

Vysoká tepelná vodivostKeramické substráty z nitridu křemíku

Jak se elektronický průmysl neustále vyvíjí směrem k větší systemizaci, inteligenci a integraci, požadavky na polovodičová zařízení rychle rostou. S rostoucím příkonem elektronických čipů a hustěji uloženými obvody se teplo generované během provozu stává významnou výzvou. Efektivní odvod tepla se stal kritickým faktorem při zlepšování celkového výkonu a účinnosti polovodičových součástek, a právě zde hraje nitrid křemíku zásadní roli.

Vysoká teoretická tepelná vodivost nitridu křemíku v kombinaci s vynikající elektrickou izolací a odolností vůči oxidaci z něj činí ideální materiál pro vysoce výkonné elektronické obalové substráty. Navíc jeho koeficient tepelné roztažnosti těsně odpovídá koeficientu tepelné roztažnosti materiálů používaných v polovodičových čipech, což zajišťuje strukturální integritu a minimalizuje tepelné namáhání během provozu. Tyto vlastnosti umožňují výrobu vysoce výkonných substrátů pro odvod tepla v aplikacích, jako jsou vysokorychlostní obvody, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), LG (Light Guides) a CPV (Concentrated Photovoltaic) systémy.

Schopnost nitridu křemíku účinně odvádět teplo při zachování elektrické izolace a mechanické stability je nezbytná pro zařízení zpracovávající velké množství energie. Jeho vynikající výkon v těchto oblastech zajišťuje nejen spolehlivý provoz výkonových polovodičů, ale přispívá také k miniaturizaci a účinnosti moderních elektronických systémů.

Závěr

Stručně řečeno, jedinečná kombinace pevnosti, tepelné odolnosti, chemické stability a tepelné vodivosti z nitridu křemíku činí nepostradatelný materiál v řadě vysoce výkonných aplikací. Od jeho použití v letectví a obraně pro výrobu odolných, vysokoteplotních součástek až po jeho roli při řešení problémů s rozptylem tepla ve vysoce výkonných polovodičových zařízeních je nitrid křemíku i nadále zásadním hráčem v rozvoji moderních technologií. Jak výzkum pokračuje ve zkoumání jeho vlastností a potenciálu, nitrid křemíku je připraven zůstat šampiónem ve světě pokročilých materiálů.

Semicorex nabízí vysokou kvalituSiN substrát. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com