Hal-hazırda,silisium karbid (SiC)evdə və xaricdə fəal şəkildə öyrənilən istilik keçirici keramika materialıdır. SiC-nin nəzəri istilik keçiriciliyi çox yüksəkdir və bəzi kristal formaları 270 Vt/mK-a çata bilər ki, bu da artıq keçirici olmayan materiallar arasında liderdir. Məsələn, SiC istilik keçiriciliyinin tətbiqini yarımkeçirici cihazların substrat materiallarında, yüksək istilik keçiriciliyi olan keramika materiallarında, yarımkeçirici emal üçün qızdırıcılarda və qızdırıcı lövhələrdə, nüvə yanacağı üçün kapsul materiallarında və kompressor nasosları üçün qaz möhürləyici halqalarda görmək olar.
Tətbiqisilisium karbidyarımkeçiricilər sahəsində
Yarımkeçirici sənayesində silikon lövhə istehsalı üçün üyütmə diskləri və qurğuları vacib texnoloji avadanlıqdır. Üyütmə diski çuqun və ya karbon poladdan hazırlanırsa, onun xidmət müddəti qısa, istilik genişlənmə əmsalı isə böyükdür. Silikon lövhələrin emalı zamanı, xüsusən də yüksək sürətli üyütmə və ya cilalama zamanı, üyütmə diskinin aşınması və istilik deformasiyası səbəbindən silikon lövhənin düzlüyünə və paralelliyinə zəmanət vermək çətindir. Üyütmə diskisilikon karbid keramikasıYüksək sərtliyinə görə aşağı aşınmaya malikdir və istilik genişlənmə əmsalı əsasən silikon lövhələrlə eynidir, buna görə də yüksək sürətlə üyüdülə və cilalana bilər.
Bundan əlavə, silikon lövhələr istehsal edildikdə, onlar yüksək temperaturlu istilik emalından keçməlidir və tez-tez silikon karbid armaturları istifadə edilərək daşınır. Onlar istiliyə davamlıdır və dağıdıcı deyil. Səthə performansı artırmaq, lövhənin zədələnməsini azaltmaq və çirklənmənin yayılmasının qarşısını almaq üçün almaz kimi karbon (DLC) və digər örtüklər tətbiq oluna bilər.
Bundan əlavə, üçüncü nəsil genişzolaqlı yarımkeçirici materiallarının nümayəndəsi olaraq, silikon karbid tək kristal materialları böyük zolaq genişliyi (Si-dən təxminən 3 dəfə), yüksək istilik keçiriciliyi (Si-dən təxminən 3,3 dəfə və ya GaAs-dan 10 dəfə), yüksək elektron doyma miqrasiya sürəti (Si-dən təxminən 2,5 dəfə) və yüksək parçalanma elektrik sahəsi (Si-dən təxminən 10 dəfə və ya GaAs-dan 5 dəfə) kimi xüsusiyyətlərə malikdir. SiC cihazları praktik tətbiqlərdə ənənəvi yarımkeçirici material cihazlarının qüsurlarını kompensasiya edir və tədricən güc yarımkeçiricilərinin əsas axınına çevrilir.
Yüksək istilik keçiriciliyinə malik silikon karbid keramikasına tələbat kəskin şəkildə artıb
Elm və texnologiyanın davamlı inkişafı ilə yarımkeçiricilər sahəsində silikon karbid keramikasının tətbiqinə tələbat kəskin şəkildə artmışdır və yüksək istilik keçiriciliyi onun yarımkeçirici istehsal avadanlığı komponentlərində tətbiqi üçün əsas göstəricidir. Buna görə də, yüksək istilik keçiriciliyi olan silikon karbid keramikası üzrə tədqiqatları gücləndirmək çox vacibdir. Şəbəkədəki oksigen miqdarını azaltmaq, sıxlığı artırmaq və şəbəkədəki ikinci fazanın paylanmasını ağlabatan şəkildə tənzimləmək silikon karbid keramikasının istilik keçiriciliyini artırmağın əsas üsullarıdır.
Hazırda ölkəmdə yüksək istilik keçiriciliyi olan silikon karbid keramikası üzrə az tədqiqat mövcuddur və dünya səviyyəsi ilə müqayisədə hələ də böyük bir fərq var. Gələcək tədqiqat istiqamətlərinə aşağıdakılar daxildir:
●Silikon karbid keramika tozunun hazırlanma prosesinin tədqiqini gücləndirin. Yüksək təmizlikli, aşağı oksigenli silikon karbid tozunun hazırlanması yüksək istilik keçiriciliyi olan silikon karbid keramikasının hazırlanmasının əsasını təşkil edir;
● Sinterləşdirmə vasitələrinin seçilməsini və əlaqəli nəzəri tədqiqatları gücləndirmək;
●Yüksək səviyyəli sinterləmə avadanlıqlarının tədqiqi və inkişafını gücləndirin. Ağlabatan mikrostruktur əldə etmək üçün sinterləmə prosesini tənzimləməklə yüksək istilik keçiriciliyi olan silikon karbid keramika əldə etmək zəruri şərtdir.
Silikon karbid keramikasının istilik keçiriciliyini artırmaq üçün tədbirlər
SiC keramikasının istilik keçiriciliyinin yaxşılaşdırılmasının açarı fonon səpələnmə tezliyini azaltmaq və fonon orta sərbəst yolunu artırmaqdır. SiC keramikasının məsaməliliyini və dənə sərhəd sıxlığını azaltmaqla, SiC dənə sərhədlərinin saflığını artırmaqla, SiC qəfəs çirklərini və ya qəfəs qüsurlarını azaltmaqla və SiC-də istilik axını ötürmə daşıyıcısını artırmaqla SiC-nin istilik keçiriciliyi effektiv şəkildə yaxşılaşdırılacaq. Hazırda sinterləmə vasitələrinin növünü və tərkibini optimallaşdırmaq və yüksək temperaturlu istilik emalı SiC keramikasının istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırmaq üçün əsas tədbirlərdir.
① Sinterləmə vasitələrinin növünün və tərkibinin optimallaşdırılması
Yüksək istilik keçiriciliyi olan SiC keramika hazırlayarkən tez-tez müxtəlif sinterləmə vasitələri əlavə olunur. Bunların arasında sinterləmə vasitələrinin növü və tərkibi SiC keramikasının istilik keçiriciliyinə böyük təsir göstərir. Məsələn, Al2O3 sisteminin sinterləmə vasitələrindəki Al və ya O elementləri SiC qəfəsində asanlıqla həll olur və bu da boşluqlar və qüsurlar yaradır ki, bu da fonon səpələnmə tezliyinin artmasına səbəb olur. Bundan əlavə, sinterləmə vasitələrinin tərkibi azdırsa, materialın sinterləşməsi və sıxlaşması çətindir, sinterləmə vasitələrinin yüksək tərkibi isə çirklərin və qüsurların artmasına səbəb olacaq. Həddindən artıq maye fazalı sinterləmə vasitələri də SiC dənəciklərinin böyüməsini maneə törədə və fononların orta sərbəst yolunu azalda bilər. Buna görə də, yüksək istilik keçiriciliyi olan SiC keramika hazırlamaq üçün sinterləmə sıxlığının tələblərini yerinə yetirərkən sinterləmə vasitələrinin tərkibini mümkün qədər azaltmaq və SiC qəfəsində həll olunması çətin olan sinterləmə vasitələrini seçməyə çalışmaq lazımdır.
*Müxtəlif sinterləmə vasitələri əlavə edildikdə SiC keramikasının istilik xüsusiyyətləri
Hazırda, BeO ilə sinterləmə vasitəsi kimi sinterlənmiş isti preslənmiş SiC keramikaları otaq temperaturunda maksimum istilik keçiriciliyinə (270W·m-1·K-1) malikdir. Lakin, BeO yüksək zəhərli və kanserogen materialdır və laboratoriyalarda və ya sənaye sahələrində geniş tətbiq üçün uyğun deyil. Y2O3-Al2O3 sisteminin ən aşağı evtektik nöqtəsi 1760℃-dir ki, bu da SiC keramika üçün ümumi maye fazalı sinterləmə vasitəsidir. Lakin, Al3+ asanlıqla SiC qəfəsində həll olunduğundan, bu sistem sinterləmə vasitəsi kimi istifadə edildikdə, SiC keramikasının otaq temperaturunda istilik keçiriciliyi 200W·m-1·K-1-dən azdır.
Y, Sm, Sc, Gd və La kimi nadir torpaq elementləri SiC qəfəsində asanlıqla həll olmur və yüksək oksigen yaxınlığına malikdir ki, bu da SiC qəfəsinin oksigen tərkibini effektiv şəkildə azalda bilər. Buna görə də, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) sistemi yüksək istilik keçiriciliyi (>200W·m-1·K-1) SiC keramika hazırlamaq üçün geniş yayılmış sinterləmə vasitəsidir. Y2O3-Sc2O3 sisteminin sinterləmə vasitəsini nümunə götürsək, Y3+ və Si4+-ün ion sapma dəyəri böyükdür və ikisi bərk məhlula məruz qalmır. Sc-nin təmiz SiC-də 1800~2600℃-də həllolma qabiliyyəti kiçikdir, təxminən (2~3)×1017atom·sm-3.
② Yüksək temperaturlu istilik müalicəsi
SiC keramikasının yüksək temperaturlu istilik emalı qəfəs qüsurlarını, dislokasiyaları və qalıq gərginlikləri aradan qaldırmağa, bəzi amorf materialların kristallara struktur çevrilməsini təşviq etməyə və fonon səpələnmə effektini zəiflətməyə kömək edir. Bundan əlavə, yüksək temperaturlu istilik emalı SiC dənəciklərinin böyüməsini effektiv şəkildə təşviq edə və nəticədə materialın istilik xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər. Məsələn, 1950°C-də yüksək temperaturlu istilik emalından sonra SiC keramikasının istilik diffuziya əmsalı 83.03mm2·s-1-dən 89.50mm2·s-1-ə, otaq temperaturunda istilik keçiriciliyi isə 180.94W·m-1·K-1-dən 192.17W·m-1·K-1-ə qədər artmışdır. Yüksək temperaturlu istilik emalı sinterləşmə köməkçisinin SiC səthində və qəfəsdə deoksidləşmə qabiliyyətini effektiv şəkildə yaxşılaşdırır və SiC dənəcikləri arasındakı əlaqəni daha sıx edir. Yüksək temperaturlu istilik emalından sonra SiC keramikasının otaq temperaturunda istilik keçiriciliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmışdır.
Yazı vaxtı: 24 oktyabr 2024