Proč roste poptávka po SiC keramice s vysokou tepelnou vodivostí v polovodičovém průmyslu?

V současné době,karbid křemíku (SiC)je vysoce aktivní oblastí výzkumu tepelně vodivých keramických materiálů doma i v zahraničí. S teoretickou tepelnou vodivostí, která může u určitých typů krystalů dosahovat až 270 W/mK,SiCpatří mezi špičku v oblasti nevodivých materiálů. Jeho aplikace pokrývají substráty polovodičových zařízení, keramické materiály s vysokou tepelnou vodivostí, ohřívače a topné desky při zpracování polovodičů, materiály kapslí pro jaderné palivo a vzduchotěsná těsnění v kompresorových čerpadlech.

Jak jeKarbid křemíkuPoužívá se v polovodičovém průmyslu?

Brusné desky a přípravky jsou základním procesním vybavením při výrobě křemíkových plátků v polovodičovém průmyslu. Pokud jsou brusné desky vyrobeny z litiny nebo uhlíkové oceli, mívají krátkou životnost a vysoký koeficient tepelné roztažnosti. Během zpracování křemíkových plátků, zejména při vysokorychlostním broušení nebo leštění, je kvůli opotřebení a tepelné deformaci těchto brusných plátů náročné udržet rovinnost a rovnoběžnost křemíkových plátků. Brusné desky vyrobené z keramiky z karbidu křemíku však vykazují vysokou tvrdost a nízké opotřebení s koeficientem tepelné roztažnosti, který se blíží koeficientu křemíkových plátků, což umožňuje vysokorychlostní broušení a leštění.

Kromě toho je při výrobě křemíkových plátků vyžadováno vysokoteplotní tepelné zpracování, při přepravě se často používají přípravky z karbidu křemíku. Tato svítidla jsou odolná vůči teplu a poškození a mohou být potažena uhlíkem podobným diamantu (DLC) pro zvýšení výkonu, zmírnění poškození plátků a zabránění šíření kontaminace. Kromě toho, jako zástupce třetí generace polovodičových materiálů se širokým pásmem, mají monokrystaly karbidu křemíku vlastnosti, jako je široká bandgap (přibližně třikrát větší než křemík), vysoká tepelná vodivost (přibližně 3,3krát větší než u křemíku nebo 10krát větší GaAs), vysoká rychlost nasycení elektronů (asi 2,5krát větší než u křemíku) a vysoké průrazné elektrické pole (přibližně 10krát větší než u křemíku nebo pětkrát větší než u GaAs). Zařízení z karbidu křemíku kompenzují nedostatky tradičních zařízení z polovodičových materiálů v praktických aplikacích a postupně se stávají hlavním proudem ve výkonových polovodičích.

Proč je poptávka po vysoké tepelné vodivostiSiC KeramikaNárůst?

S neustálým technologickým pokrokem se poptávka pokeramika z karbidu křemíkuv polovodičovém průmyslu rychle roste. Vysoká tepelná vodivost je kritickým ukazatelem pro jejich použití v součástech zařízení pro výrobu polovodičů, což vede k výzkumu vysoké tepelné vodivosti.SiC keramikarozhodující. Snížení obsahu kyslíku v mřížce, zvýšení hustoty a racionální řízení distribuce druhé fáze v mřížce jsou primární metody pro zvýšení tepelné vodivostikeramika z karbidu křemíku.

V současné době probíhá výzkum vysoké tepelné vodivostiSiC keramikav Číně je omezená a výrazně zaostává za světovými standardy. Budoucí směry výzkumu zahrnují:

Posílení procesu přípravy výzkumuSiC keramikaprášků, protože příprava vysoce čistého prášku SiC s nízkým obsahem kyslíku je základem pro dosažení vysoké tepelné vodivostiSiC keramika.

Posílení výběru a teoretického výzkumu slinovacích pomůcek.

Vývoj špičkového slinovacího zařízení, protože regulace slinovacího procesu za účelem získání přiměřené mikrostruktury je nezbytná pro získání vysoké tepelné vodivostiSiC keramika.

Jaká opatření mohou zlepšit tepelnou vodivostSiC Keramika?

Klíčem ke zlepšení tepelné vodivostiSiC keramikaje snížit frekvenci rozptylu fononů a zvýšit střední volnou cestu fononů. Toho lze účinně dosáhnout snížením pórovitosti a hustoty hranic zrnSiC keramikazvýšení čistoty hranic zrn SiC, minimalizace nečistot nebo defektů v mřížce SiC a zvýšení nosičů tepelného transportu v SiC. Primárními opatřeními ke zvýšení tepelné vodivosti jsou v současné době optimalizace typu a obsahu slinovacích pomocných látek a vysokoteplotní tepelné zpracování.SiC keramika.

Optimalizace typu a obsahu slinovacích pomůcek

Během přípravy vysoce tepelné vodivosti se často přidávají různé pomocné slinovací přísadySiC keramika. Druh a obsah těchto slinovacích pomůcek výrazně ovlivňuje tepelnou vodivostSiC keramika. Například prvky jako Al nebo O v pomůckách pro slinování systému Al2O3 se mohou snadno rozpouštět v mřížce SiC, vytvářet prázdné prostory a defekty, čímž se zvyšuje frekvence rozptylu fononů. Kromě toho, pokud je obsah pomocného slinovacího prostředku příliš nízký, materiál nemusí během slinování zhušťovat, zatímco vysoký obsah pomocného slinovacího prostředku může vést ke zvýšenému množství nečistot a defektů. Nadměrné slinování v kapalné fázi může také inhibovat růst zrn SiC, čímž se sníží střední volná dráha fononů. Proto k dosažení vysoké tepelné vodivostiSiC keramikaje nutné minimalizovat obsah slinovacích pomocných látek při zajištění zhuštění a vybrat slinovací pomocné látky, které nejsou snadno rozpustné v SiC mřížce.

V současnosti lisovaný za teplaSiC keramikapoužití BeO jako pomocného slinovacího prostředku vykazují nejvyšší tepelnou vodivost při pokojové teplotě (270 W·m-1·K-1). BeO je však vysoce toxický a karcinogenní, takže není vhodný pro široké použití v laboratořích nebo průmyslu. Systém Y2O3-Al2O3 má eutektický bod při 1760 °C a je běžným pomocníkem pro slinování v kapalné fázi.SiC keramikaale protože se Al3+ snadno rozpouští v mřížce SiC,SiC keramikas tímto systémem jako slinovací pomůckou mají tepelné vodivosti při pokojové teplotě pod 200 W·m-1·K-1.

Prvky vzácných zemin jako Y, Sm, Sc, Gd a La nejsou snadno rozpustné v mřížce SiC a mají vysokou afinitu ke kyslíku, což účinně snižuje obsah kyslíku v mřížce SiC. Proto se systém Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) běžně používá jako slinovací pomůcka pro přípravu s vysokou tepelnou vodivostí (>200 W·m-1·K-1)SiC keramika. Například v systému Y2O3-Sc2O3 je iontová odchylka mezi Y3+ a Si4+ výrazná, což zabraňuje tvorbě pevných roztoků. Rozpustnost Sc v čistém SiC je relativně nízká při teplotách 1800~2600°C, přibližně (2~3)×10^17 atomů·cm^-3.

Tepelné vlastnosti SiC keramiky s různými slinovacími pomůckami

Vysokoteplotní tepelné zpracování

Vysokoteplotní tepelné zpracováníSiC keramikapomáhá eliminovat defekty mřížky, dislokace a zbytkové napětí, podporuje přeměnu některých amorfních struktur na krystalické struktury a snižuje rozptyl fononů. Navíc vysokoteplotní tepelné zpracování účinně podporuje růst zrn SiC, což v konečném důsledku zlepšuje tepelné vlastnosti materiálu. Například po vysokoteplotním tepelném zpracování při 1950 °C se tepelná difuzivita oSiC keramikase zvýšila z 83,03 mm2·s-1 na 89,50 mm2·s-1 a tepelná vodivost při pokojové teplotě se zvýšila z 180,94 W·m-1·K-1 na 192,17 W·m-1·K-1. Vysokoteplotní tepelné zpracování výrazně zlepšuje deoxidační schopnost slinovacích pomůcek na povrchu a mřížce SiC a utahuje spoje zrn SiC. V důsledku toho se tepelná vodivost při pokojové teplotěSiC keramikaje výrazně vylepšen po vysokoteplotním tepelném zpracování.**

My v Semicorex se specializujeme naSiC Keramikaa další keramické materiály používané při výrobě polovodičů, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com