Yarı İletken Endüstrisinde Yüksek Isı İletkenliğine Sahip SiC Seramiklerine Neden Artan Talep Var?

Şu anda,silisyum karbür (SiC)termal iletken seramik malzemeler konusunda hem yurt içinde hem de yurt dışında oldukça aktif bir araştırma alanıdır. Belirli kristal türleri için 270 W/mK'ye kadar ulaşabilen teorik termal iletkenliğe sahip,SiCiletken olmayan malzemelerde en iyi performans gösterenler arasındadır. Uygulamaları yarı iletken cihaz alt katmanları, yüksek ısı iletkenliğine sahip seramik malzemeler, yarı iletken işlemede ısıtıcılar ve sıcak plakalar, nükleer yakıt için kapsül malzemeleri ve kompresör pompalarındaki hava geçirmez contaları kapsar.

NasılSilisyum KarbürYarı İletken Endüstrisinde Uygulanıyor mu?

Öğütme plakaları ve aparatları, yarı iletken endüstrisinde silikon plakaların üretiminde temel proses ekipmanlarıdır. Öğütme plakaları dökme demirden veya karbon çeliğinden yapılmışsa, ömrü kısa olur ve termal genleşme katsayısı yüksektir. Silikon levhanın işlenmesi sırasında, özellikle yüksek hızda taşlama veya cilalama sırasında, bu öğütme plakalarının aşınması ve termal deformasyonu, silikon levhaların düzlüğünün ve paralelliğinin korunmasını zorlaştırır. Bununla birlikte, silisyum karbür seramikten yapılan öğütme plakaları, yüksek hızda taşlama ve cilalamayı mümkün kılan, silikon levhalarınkine yakın bir termal genleşme katsayısına sahip, yüksek sertlik ve düşük aşınma sergiler.

Ayrıca, silikon levhaların üretimi sırasında, genellikle taşıma için silisyum karbür fikstürlerin kullanıldığı yüksek sıcaklıkta ısıl işlem gereklidir. Bu armatürler ısıya ve hasara karşı dayanıklıdır ve performansı artırmak, levha hasarını azaltmak ve kirlenmenin yayılmasını önlemek için elmas benzeri karbon (DLC) ile kaplanabilir. Ek olarak, üçüncü nesil geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerin bir temsilcisi olarak silisyum karbür tek kristalleri, geniş bant aralığı (silisyumun yaklaşık üç katı), yüksek termal iletkenlik (silisyumun yaklaşık 3,3 katı veya 10 katı) gibi özelliklere sahiptir. GaAs), yüksek elektron doyma hızı (silisyumun yaklaşık 2,5 katı) ve yüksek arıza elektrik alanı (silisyumun yaklaşık 10 katı veya GaAs'ın beş katı). Silisyum karbür cihazlar, pratik uygulamalardaki geleneksel yarı iletken malzeme cihazlarının eksikliklerini telafi eder ve güç yarı iletkenlerinde giderek ana akım haline gelir.

Neden Yüksek Isı İletkenliğine Talep Var?SiC SeramikleriKabaran?

Sürekli gelişen teknolojik gelişmelerle birlikte talepsilisyum karbür seramikleryarı iletken endüstrisinde hızla artmaktadır. Yüksek termal iletkenlik, yarı iletken imalat ekipmanı bileşenlerindeki uygulamaları için kritik bir göstergedir ve araştırmayı yüksek termal iletkenlik konusunda yapar.SiC seramiklerihayati. Kafesin oksijen içeriğini azaltmak, yoğunluğu arttırmak ve kafesteki ikinci fazın dağılımını rasyonel olarak kontrol etmek, kafesin ısıl iletkenliğini arttırmanın birincil yöntemleridir.silisyum karbür seramikler.

Şu anda yüksek termal iletkenlik üzerine araştırmalarSiC seramikleriÇin'de sınırlıdır ve küresel standartların önemli ölçüde gerisindedir. Gelecekteki araştırma yönleri şunları içerir:

Hazırlık süreci araştırmalarının güçlendirilmesiSiC seramikyüksek saflıkta, düşük oksijenli SiC tozunun hazırlanması, yüksek termal iletkenliğe ulaşmak için temel olduğundanSiC seramikleri.

Sinterleme yardımcılarının seçiminin ve teorik araştırmalarının geliştirilmesi.

Makul bir mikro yapı elde etmek için sinterleme prosesinin düzenlenmesi, yüksek termal iletkenlik elde etmek için gerekli olduğundan, üst düzey sinterleme ekipmanlarının geliştirilmesiSiC seramikleri.

Hangi Önlemler Isı İletkenliğini İyileştirebilir?SiC Seramikleri?

Isıl iletkenliği arttırmanın anahtarıSiC seramiklerifonon saçılma frekansını azaltmak ve fononların ortalama serbest yolunu arttırmaktır. Bu, gözenekliliğin ve tane sınırı yoğunluğunun azaltılmasıyla etkili bir şekilde başarılabilir.SiC seramikleriSiC tane sınırlarının saflığını arttırmak, SiC kafesindeki yabancı maddeleri veya kusurları en aza indirmek ve SiC'deki termal taşıma taşıyıcılarını arttırmak. Şu anda, sinterleme yardımcılarının türü ve içeriğinin optimize edilmesi ve yüksek sıcaklıkta ısıl işlem, malzemenin ısıl iletkenliğini arttırmaya yönelik birincil önlemlerdir.SiC seramikleri.

Sinterleme Yardımcılarının Türünü ve İçeriğini Optimize Etme

Yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemelerin hazırlanması sırasında sıklıkla çeşitli sinterleme yardımcıları eklenir.SiC seramikleri. Bu sinterleme yardımcılarının türü ve içeriği, malzemenin ısıl iletkenliğini önemli ölçüde etkiler.SiC seramikleri. Örneğin, Al2O3 sistemi sinterleme yardımcılarındaki Al veya O gibi elementler, SiC kafesinde kolayca çözünerek boşluklar ve kusurlar oluşturabilir, böylece fonon saçılma frekansını artırabilir. Ayrıca, sinterleme yardımcı içeriği çok düşükse, malzeme sinterleme sırasında yoğunlaşmayabilir, yüksek sinterleme yardımcı içeriği ise yabancı maddelerin ve kusurların artmasına neden olabilir. Aşırı sıvı fazlı sinterleme yardımcıları aynı zamanda SiC tane büyümesini de engelleyerek fonon ortalama serbest yolunu azaltabilir. Bu nedenle yüksek ısı iletkenliğine ulaşmak içinSiC seramikleriYoğunlaşmayı sağlarken sinterleme yardımcı içeriğini en aza indirmek ve SiC kafesinde kolayca çözünmeyen sinterleme yardımcılarını seçmek gerekir.

Şu anda sıcak preslenmişSiC seramikleriBeO'nun sinterleme yardımcısı olarak kullanılması, oda sıcaklığında en yüksek termal iletkenliği (270 W·m-1·K-1) sergiler. Ancak BeO oldukça toksik ve kanserojen olduğundan laboratuvarlarda veya endüstride yaygın kullanıma uygun değildir. Y2O3-Al2O3 sistemi 1760°C'de ötektik bir noktaya sahiptir ve yaygın olarak kullanılan bir sıvı faz sinterleme yardımcısıdır.SiC seramikleri, ancak Al3+ kolayca SiC kafesinde çözündüğünden,SiC seramiklerisinterlemeye yardımcı olarak bu sistemle oda sıcaklığında termal iletkenlikleri 200 W·m-1·K-1'in altındadır.

Y, Sm, Sc, Gd ve La gibi nadir toprak elementleri SiC kafesinde kolayca çözünmez ve yüksek oksijen afinitesine sahiptir, bu da SiC kafesindeki oksijen içeriğini etkili bir şekilde azaltır. Bu nedenle Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) sistemi, yüksek termal iletkenlik (>200 W·m-1·K-1) hazırlamak için sinterleme yardımcısı olarak yaygın olarak kullanılır.SiC seramikleri. Örneğin Y2O3-Sc2O3 sisteminde Y3+ ile Si4+ arasındaki iyonik sapma önemli düzeyde olup katı çözelti oluşumunu engeller. Sc'nin saf SiC'deki çözünürlüğü 1800~2600°C sıcaklıklarda nispeten düşüktür, yaklaşık (2~3)×10^17 atom·cm^-3.

Farklı Sinterleme Yardımcılarıyla SiC Seramiklerinin Termal Özellikleri

Yüksek Sıcaklık Isıl İşlemi

Yüksek sıcaklıkta ısıl işlemSiC seramiklerikafes kusurlarını, dislokasyonları ve artık stresi ortadan kaldırmaya yardımcı olur, bazı amorf yapıların kristal yapılara dönüşümünü teşvik eder ve fonon saçılımını azaltır. Ek olarak, yüksek sıcaklıkta ısıl işlem, SiC tanecik büyümesini etkili bir şekilde teşvik ederek sonuçta malzemenin termal özelliklerini geliştirir. Örneğin, 1950°C'de yüksek sıcaklıkta ısıl işlemden sonra termal yayılımSiC seramikleri83,03 mm2·s-1'den 89,50 mm2·s-1'e yükseldi ve oda sıcaklığındaki termal iletkenlik 180,94 W·m-1·K-1'den 192,17 W·m-1·K-1'e yükseldi. Yüksek sıcaklıkta ısıl işlem, SiC yüzeyi ve kafes üzerindeki sinterleme yardımcılarının deoksidasyon kapasitesini önemli ölçüde artırır ve SiC tane bağlantılarını sıkılaştırır. Sonuç olarak, oda sıcaklığında termal iletkenlikSiC seramikleriyüksek sıcaklıkta ısıl işlemden sonra belirgin şekilde iyileşir.**

Semicorex olarak biz şu konuda uzmanız:SiC Seramiklerive yarı iletken üretiminde uygulanan diğer Seramik Malzemeler hakkında sorularınız varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu: +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com