በሴሚኮንዳክተር መስክ ውስጥ ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል SiC ሴራሚክስ ፍላጎት እና አተገባበር

በአሁኑ ግዜ፣ሲሊከን ካርቦይድ (ሲሲ)በአገር ውስጥም ሆነ በውጭ አገር በንቃት የሚጠና የሙቀት ማስተላለፊያ የሴራሚክ ቁሳቁስ ነው። የSiC ቲዎሬቲካል የሙቀት ማስተላለፊያ በጣም ከፍተኛ ነው፣ እና አንዳንድ የክሪስታል ቅርጾች 270W/mK ሊደርሱ ይችላሉ፣ ይህም ቀድሞውኑ ከማይመሩ ቁሳቁሶች መካከል ግንባር ቀደም ነው። ለምሳሌ፣ የSiC የሙቀት ማስተላለፊያ አተገባበር በሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ንጣፎች ቁሳቁሶች፣ ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ የሴራሚክ ቁሳቁሶች፣ ለሴሚኮንዳክተር ማቀነባበሪያ ማሞቂያዎች እና የማሞቂያ ሳህኖች፣ ለኑክሌር ነዳጅ ካፕሱል ቁሳቁሶች እና ለኮምፕሬተር ፓምፖች የጋዝ ማሸጊያ ቀለበቶች ውስጥ ሊታይ ይችላል።

የአጠቃቀምሲሊከን ካርቦይድበሴሚኮንዳክተር መስክ ውስጥ

የመፍጨት ዲስኮች እና እቃዎች በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ ለሲሊኮን ዋፈር ምርት አስፈላጊ የሂደት መሳሪያዎች ናቸው። የመፍጨት ዲስኩ ከተጣለ ብረት ወይም ከካርቦን ብረት የተሰራ ከሆነ የአገልግሎት ህይወቱ አጭር ነው እና የሙቀት ማስፋፊያ ኮፊሸንቱ ትልቅ ነው። በተለይም በከፍተኛ ፍጥነት መፍጨት ወይም ማጥራት ወቅት የሲሊኮን ዋፈር በሚሰራበት ጊዜ የመፍጨት ዲስኩ በመልበስ እና በሙቀት መበላሸት ምክንያት የሲሊኮን ዋፈር ጠፍጣፋነት እና ትይዩነት ለማረጋገጥ አስቸጋሪ ነው። የመፍጨት ዲስኩ የተሰራው ከሲሊከን ካርቦይድ ሴራሚክስበከፍተኛ ጥንካሬው ምክንያት ዝቅተኛ የመልበስ ችሎታ አለው፣ እና የሙቀት ማስፋፊያ ቅንጅቱ በመሠረቱ ከሲሊኮን ዋፈርስ ጋር ተመሳሳይ ነው፣ ስለዚህ በከፍተኛ ፍጥነት ሊፈጭ እና ሊወጠር ይችላል።

በተጨማሪም፣ የሲሊኮን ዋፈር ሲመረቱ፣ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው የሙቀት ሕክምና ማድረግ አለባቸው እና ብዙውን ጊዜ በሲሊኮን ካርቦይድ እቃዎች ይጓጓዛሉ። ሙቀትን የሚቋቋሙ እና ጎጂ አይደሉም። አፈጻጸምን ለማሻሻል፣ የዋፈር ጉዳትን ለማስታገስ እና ብክለት እንዳይሰራጭ ለመከላከል የአልማዝ መሰል ካርቦን (DLC) እና ሌሎች ሽፋኖች በላዩ ላይ ሊተገበሩ ይችላሉ።

በተጨማሪም፣ የሶስተኛው ትውልድ ሰፊ-ባንድጋፕ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ተወካይ እንደመሆኑ መጠን፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ነጠላ ክሪስታል ቁሳቁሶች እንደ ትልቅ የባንድጋፕ ስፋት (ከሲ 3 እጥፍ ገደማ)፣ ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል (ከሲ 3.3 እጥፍ ገደማ ወይም ከጋአአ 10 እጥፍ)፣ ከፍተኛ የኤሌክትሮን ሙሌት ፍልሰት ፍጥነት (ከሲ 2.5 እጥፍ ገደማ) እና ከፍተኛ የብልሽት የኤሌክትሪክ መስክ (ከሲ 10 እጥፍ ገደማ ወይም ከጋአአ 5 እጥፍ) ያሉ ባህሪያት አሏቸው። የሲሲ መሳሪያዎች በተግባራዊ አፕሊኬሽኖች ውስጥ ባህላዊ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁስ መሳሪያዎችን ጉድለቶች ይሸፍናሉ እና ቀስ በቀስ የኃይል ሴሚኮንዳክተሮች ዋና አካል እየሆኑ ነው።

ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል አቅርቦት የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ ፍላጎት በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል

የሳይንስና የቴክኖሎጂ ቀጣይነት ባለው እድገት፣ በሴሚኮንዳክተር መስክ ውስጥ የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ የመተግበር ፍላጎት በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል፣ እና ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት በሴሚኮንዳክተር ማምረቻ መሳሪያዎች ክፍሎች ውስጥ ለሚተገበረው ቁልፍ አመላካች ነው። ስለዚህ፣ ከፍተኛ የሙቀት አማቂነት ሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ ላይ የተደረገውን ምርምር ማጠናከር ወሳኝ ነው። የላቲስ ኦክስጅን ይዘትን መቀነስ፣ ጥግግትን ማሻሻል እና በላቲስ ውስጥ የሁለተኛውን ደረጃ ስርጭት በተመጣጣኝ ሁኔታ መቆጣጠር የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ የሙቀት አማቂነትን ለማሻሻል ዋና ዘዴዎች ናቸው።

በአሁኑ ጊዜ፣ በአገሬ ውስጥ ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል ሲሊከን ካርቦይድ ሴራሚክስ ላይ የተደረጉ ጥናቶች ጥቂት ናቸው፣ እና ከዓለም ደረጃ ጋር ሲነጻጸር አሁንም ትልቅ ክፍተት አለ። የወደፊት የምርምር አቅጣጫዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡
●የሲሊኮን ካርቦይድ የሴራሚክ ዱቄት የዝግጅት ሂደት ምርምርን ያጠናክሩ። ከፍተኛ ንፅህና ያለው፣ ዝቅተኛ ኦክስጅን ያለው የሲሊኮን ካርቦይድ ዱቄት ማዘጋጀት ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኮንዳክሽን ሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ ለማዘጋጀት መሰረት ነው፤
● የሲንቴሪንግ መርጃዎችን እና ተዛማጅ የቲዎሬቲካል ምርምርን ምርጫ ማጠናከር፤
●ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን የሲንቴሪንግ መሳሪያዎች ምርምር እና ልማት ያጠናክሩ። ምክንያታዊ የሆነ ማይክሮስትራክቸር ለማግኘት የሲንቴሪንግ ሂደቱን በመቆጣጠር፣ ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኮንዳክቲቭቲ ሲሊከን ካርቦይድ ሴራሚክስ ማግኘት አስፈላጊ ሁኔታ ነው።

የሲሊኮን ካርቦይድ ሴራሚክስ የሙቀት ማስተላለፊያን ለማሻሻል የሚወሰዱ እርምጃዎች

የSiC ሴራሚክስ የሙቀት ማስተላለፊያን ለማሻሻል ቁልፉ የphonon መበታተን ድግግሞሽን መቀነስ እና የphonon አማካይ ነፃ መንገድን መጨመር ነው። የSiC የሙቀት ማስተላለፊያነት የSiC ሴራሚክስ ቀዳዳ እና የእህል ወሰን ጥግግት በመቀነስ፣ የSiC የእህል ወሰኖችን ንፅህና በማሻሻል፣ የSiC የላቲስ ቆሻሻዎችን ወይም የላቲስ ጉድለቶችን በመቀነስ እና በSiC ውስጥ ያለውን የሙቀት ፍሰት ማስተላለፊያ ተሸካሚ በመጨመር ውጤታማ በሆነ መንገድ ይሻሻላል። በአሁኑ ጊዜ የሲC ሴራሚክስ የሙቀት ማስተላለፊያ መሳሪያዎችን አይነት እና ይዘት ማመቻቸት እና ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና ዋና መለኪያዎች ናቸው።

① የሲንቴሪንግ መርጃዎችን አይነት እና ይዘት ማመቻቸት

ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ SiC ሴራሚክስ ሲዘጋጁ የተለያዩ የሲንቴሪንግ መርጃዎች ብዙ ጊዜ ይጨምራሉ። ከእነዚህም መካከል የሲንቴሪንግ መርጃዎች አይነት እና ይዘት በሲሲ ሴራሚክስ የሙቀት ማስተላለፊያ ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራሉ። ለምሳሌ፣ በAl2O3 ስርዓት የሲንቴሪንግ መርጃዎች ውስጥ ያሉ የአል ወይም የO ንጥረ ነገሮች በቀላሉ ወደ ሲሲ ላቲስ ውስጥ ይሟሟሉ፣ ይህም ክፍተቶችን እና ጉድለቶችን ያስከትላል፣ ይህም የፎኖን መበታተን ድግግሞሽ እንዲጨምር ያደርጋል። በተጨማሪም፣ የሲንቴሪንግ መርጃዎች ይዘት ዝቅተኛ ከሆነ፣ ቁሱ ለመበታተን እና ለማደፋፈር አስቸጋሪ ነው፣ ከፍተኛ የሲንቴሪንግ መርጃዎች ይዘት ደግሞ ቆሻሻዎችን እና ጉድለቶችን ይጨምራል። ከመጠን በላይ ፈሳሽ ደረጃ የሲንቴሪንግ መርጃዎች የSiC እህሎችን እድገት ሊገቱ እና የፎኖኖችን አማካይ ነፃ መንገድ ሊቀንሱ ይችላሉ። ስለዚህ፣ ከፍተኛ የሙቀት ማስተላለፊያ SiC ሴራሚክስ ለማዘጋጀት፣ የሲንቴሪንግ ጥግግት መስፈርቶችን በሚያሟሉበት ጊዜ የሲንቴሪንግ መርጃዎችን ይዘት በተቻለ መጠን መቀነስ እና በሲሲ ላቲስ ውስጥ ለመሟሟት አስቸጋሪ የሆኑ የሲንቴሪንግ መርጃዎችን ለመምረጥ መሞከር ያስፈልጋል።

*የተለያዩ የሲንቴሪንግ መርጃዎች ሲጨመሩ የSiC ሴራሚክስ የሙቀት ባህሪያት

በአሁኑ ጊዜ፣ እንደ ሲንተሪንግ እርዳታ BeO የተገጠሙ በሞቃት ግፊት የተጫኑ SiC ሴራሚክስ ከፍተኛውን የክፍል-ሙቀት የሙቀት ማስተላለፊያ (270W·m-1·K-1) አላቸው። ሆኖም፣ BeO በጣም መርዛማ ቁሳቁስ እና ካርሲኖጅኒክ ነው፣ እና በላቦራቶሪዎች ወይም በኢንዱስትሪ መስኮች በስፋት ጥቅም ላይ ለማዋል ተስማሚ አይደለም። የ Y2O3-Al2O3 ስርዓት ዝቅተኛው የኢውቴክቲክ ነጥብ 1760℃ ነው፣ ይህም ለ SiC ሴራሚክስ የተለመደ የፈሳሽ-ደረጃ የሲንተሪንግ እርዳታ ነው። ሆኖም፣ Al3+ በቀላሉ ወደ SiC ጥልፍልፍ ስለሚፈርስ፣ ይህ ስርዓት እንደ ሲንተሪንግ እርዳታ ጥቅም ላይ ሲውል፣ የ SiC ሴራሚክስ የክፍል-ሙቀት የሙቀት ማስተላለፊያ ከ 200W·m-1·K-1 ያነሰ ነው።

እንደ Y፣ Sm፣ Sc፣ Gd እና La ያሉ ብርቅዬ የምድር ንጥረ ነገሮች በSiC ላቲስ ውስጥ በቀላሉ የማይሟሙ እና ከፍተኛ የኦክስጅን ትስስር ያላቸው ሲሆኑ፣ ይህም የSiC ላቲስ የኦክስጅን ይዘትን በብቃት ሊቀንስ ይችላል። ስለዚህ፣ Y2O3-RE2O3 (RE=Sm፣ Sc፣ Gd፣ La) ስርዓት ከፍተኛ የሙቀት አማቂ ኃይል (>200W·m-1·K-1) SiC ሴራሚክስ ለማዘጋጀት የተለመደ የሲንተርንግ ረዳት ነው። የY2O3-Sc2O3 ስርዓት ሲንተርንግ እርዳታን እንደ ምሳሌ ስንወስድ፣ የY3+ እና Si4+ የአዮን መዛባት እሴት ትልቅ ነው፣ እና ሁለቱም ጠንካራ መፍትሄ አያገኙም። በ1800~2600℃ በንጹህ SiC ውስጥ ያለው የSc የመሟሟት አቅም ትንሽ ነው፣ በግምት (2~3)×1017አቶም·cm-3።

② ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው የሙቀት ሕክምና

የSiC ሴራሚክስ ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና የላቲስ ጉድለቶችን፣ መቆራረጥን እና የተረፈ ውጥረትን ለማስወገድ፣ አንዳንድ አሞርፎስ ቁሶችን ወደ ክሪስታሎች መዋቅራዊ ለውጥን ለማበረታታት እና የፎኖን መበታተን ውጤትን ለማዳከም ይረዳል። በተጨማሪም፣ ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና የSiC እህሎችን እድገት በብቃት ሊያበረታታ እና በመጨረሻም የቁሳቁሱን የሙቀት ባህሪያት ሊያሻሽል ይችላል። ለምሳሌ፣ በ1950°ሴ ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና ከተደረገ በኋላ፣ የSiC ሴራሚክስ የሙቀት ስርጭት ቅንጅት ከ83.03mm2·s-1 ወደ 89.50mm2·s-1 ጨምሯል፣ እና የክፍል-ሙቀት የሙቀት ማስተላለፊያ ከ180.94W·m-1·K-1 ወደ 192.17W·m-1·K-1 ጨምሯል። ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና በSiC ወለል እና በላቲስ ላይ ያለውን የሲንቴሪንግ እርዳታ ዲኦክሲዴሽን ችሎታን በብቃት ያሻሽላል፣ እና በSiC እህሎች መካከል ያለውን ግንኙነት የበለጠ ጥብቅ ያደርገዋል። ከፍተኛ የሙቀት ሙቀት ሕክምና ከተደረገ በኋላ፣ የSiC ሴራሚክስ የክፍል-ሙቀት የሙቀት ማስተላለፊያ በከፍተኛ ሁኔታ ተሻሽሏል።