Sa pagkakaron,silicon carbide (SiC)usa ka thermally conductive ceramic material nga aktibong gitun-an sa sulod ug gawas sa nasud. Ang theoretical thermal conductivity sa SiC taas kaayo, ug ang ubang mga kristal nga porma mahimong moabot sa 270W/mK, nga usa na ka lider sa mga non-conductive nga materyales. Pananglitan, ang aplikasyon sa SiC thermal conductivity makita sa mga substrate material sa mga semiconductor device, taas nga thermal conductivity ceramic materials, mga heater ug heating plate para sa semiconductor processing, capsule materials para sa nuclear fuel, ug gas sealing rings para sa compressor pumps.
Paggamit sasilicon carbidesa natad sa semiconductor
Ang mga grinding disc ug mga fixture importante nga kagamitan sa proseso para sa produksiyon sa silicon wafer sa industriya sa semiconductor. Kung ang grinding disc hinimo sa cast iron o carbon steel, mubo ang kinabuhi niini ug dako ang thermal expansion coefficient niini. Atol sa pagproseso sa mga silicon wafer, labi na sa high-speed grinding o polishing, tungod sa pagkaguba ug thermal deformation sa grinding disc, lisod garantiya ang pagkapatag ug parallelism sa silicon wafer. Ang grinding disc hinimo sasilicon carbide ceramicsgamay ra ang pagkaguba tungod sa taas nga katig-a niini, ug ang thermal expansion coefficient niini parehas ra sa silicon wafers, busa mahimo kining galingon ug pasinawon sa kusog nga tulin.
Dugang pa, kon ang mga silicon wafer himoon, kinahanglan kini nga moagi sa taas nga temperatura nga heat treatment ug kasagaran ipadala gamit ang silicon carbide fixtures. Kini dili daling masunog ug dili makadaot. Ang diamond-like carbon (DLC) ug uban pang mga coatings mahimong ibutang sa ibabaw aron mapalambo ang performance, maibanan ang kadaot sa wafer, ug malikayan ang pagkaylap sa kontaminasyon.
Dugang pa, isip representante sa ikatulong henerasyon nga wide-bandgap semiconductor materials, ang silicon carbide single crystal materials adunay mga kabtangan sama sa dako nga bandgap width (mga 3 ka pilo sa Si), taas nga thermal conductivity (mga 3.3 ka pilo sa Si o 10 ka pilo sa GaAs), taas nga electron saturation migration rate (mga 2.5 ka pilo sa Si) ug taas nga breakdown electric field (mga 10 ka pilo sa Si o 5 ka pilo sa GaAs). Ang mga SiC device maoy mopuli sa mga depekto sa tradisyonal nga semiconductor material devices sa praktikal nga mga aplikasyon ug anam-anam nga nahimong mainstream sa mga power semiconductor.
Ang panginahanglan alang sa taas nga thermal conductivity nga silicon carbide ceramics misaka pag-ayo
Uban sa padayon nga pag-uswag sa syensya ug teknolohiya, ang panginahanglan alang sa aplikasyon sa silicon carbide ceramics sa natad sa semiconductor misaka pag-ayo, ug ang taas nga thermal conductivity usa ka hinungdanon nga timailhan sa aplikasyon niini sa mga sangkap sa kagamitan sa paggama sa semiconductor. Busa, hinungdanon nga palig-onon ang panukiduki sa taas nga thermal conductivity sa silicon carbide ceramics. Ang pagkunhod sa lattice oxygen content, pagpaayo sa densidad, ug makatarunganon nga pag-regulate sa pag-apod-apod sa ikaduhang hugna sa lattice mao ang mga nag-unang pamaagi aron mapaayo ang thermal conductivity sa silicon carbide ceramics.
Sa pagkakaron, gamay ra ang mga pagtuon bahin sa taas nga thermal conductivity nga silicon carbide ceramics sa akong nasud, ug dako gihapon ang kalainan kon itandi sa lebel sa kalibutan. Ang mga direksyon sa umaabot nga panukiduki naglakip sa:
●Palig-ona ang proseso sa panukiduki sa pag-andam sa silicon carbide ceramic powder. Ang pag-andam sa high-purity, low-oxygen silicon carbide powder mao ang basehan sa pag-andam sa high thermal conductivity silicon carbide ceramics;
● Pagpalig-on sa pagpili sa mga sintering aid ug mga may kalabutan nga teoretikal nga panukiduki;
●Pagpalig-on sa panukiduki ug pagpalambo sa mga high-end nga kagamitan sa sintering. Pinaagi sa pag-regulate sa proseso sa sintering aron makakuha og makatarunganon nga microstructure, usa kini ka kinahanglanon nga kondisyon aron makakuha og taas nga thermal conductivity nga silicon carbide ceramics.
Mga lakang aron mapaayo ang thermal conductivity sa silicon carbide ceramics
Ang yawe sa pagpalambo sa thermal conductivity sa SiC ceramics mao ang pagpakunhod sa phonon scattering frequency ug pagdugang sa phonon mean free path. Ang thermal conductivity sa SiC epektibong mapauswag pinaagi sa pagpakunhod sa porosity ug grain boundary density sa SiC ceramics, pagpauswag sa kaputli sa SiC grain boundaries, pagpakunhod sa SiC lattice impurities o lattice defects, ug pagdugang sa heat flow transmission carrier sa SiC. Sa pagkakaron, ang pag-optimize sa klase ug sulod sa sintering aids ug high-temperature heat treatment mao ang mga nag-unang lakang aron mapauswag ang thermal conductivity sa SiC ceramics.
① Pag-optimize sa klase ug sulod sa mga sintering aid
Nagkalain-laing sintering aids ang kasagarang idugang sa pag-andam sa taas nga thermal conductivity nga SiC ceramics. Lakip niini, ang klase ug sulod sa sintering aids adunay dakong impluwensya sa thermal conductivity sa SiC ceramics. Pananglitan, ang Al o O elements sa Al2O3 system sintering aids dali nga matunaw sa SiC lattice, nga moresulta sa mga bakante ug depekto, nga mosangpot sa pagtaas sa phonon scattering frequency. Dugang pa, kon ubos ang sulod sa sintering aids, ang materyal lisod i-sinter ug i-densify, samtang ang taas nga sulod sa sintering aids mosangpot sa pagtaas sa mga hugaw ug depekto. Ang sobra nga liquid phase sintering aids mahimo usab nga makapugong sa pagtubo sa SiC grains ug makapakunhod sa mean free path sa phonons. Busa, aron maandam ang taas nga thermal conductivity nga SiC ceramics, gikinahanglan nga pakunhuran ang sulod sa sintering aids kutob sa mahimo samtang matuman ang mga kinahanglanon sa sintering density, ug paningkamuti nga pilion ang mga sintering aids nga lisod matunaw sa SiC lattice.
*Mga kinaiya sa kainit sa SiC ceramics kon idugang ang lain-laing mga sintering aid
Sa pagkakaron, ang mga hot-pressed SiC ceramics nga gi-sinter gamit ang BeO isip sintering aid adunay pinakataas nga room-temperature thermal conductivity (270W·m-1·K-1). Apan, ang BeO usa ka makahilo kaayo nga materyal ug carcinogenic, ug dili angay alang sa kaylap nga aplikasyon sa mga laboratoryo o industriyal nga natad. Ang labing ubos nga eutectic point sa Y2O3-Al2O3 system kay 1760℃, nga usa ka komon nga liquid-phase sintering aid para sa SiC ceramics. Apan, tungod kay ang Al3+ dali nga matunaw sa SiC lattice, kung kini nga sistema gigamit isip sintering aid, ang room-temperature thermal conductivity sa SiC ceramics kay ubos sa 200W·m-1·K-1.
Ang mga rare earth elements sama sa Y, Sm, Sc, Gd ug La dili dali matunaw sa SiC lattice ug adunay taas nga oxygen affinity, nga epektibong makapakunhod sa oxygen content sa SiC lattice. Busa, ang Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) system usa ka komon nga sintering aid para sa pag-andam sa taas nga thermal conductivity (>200W·m-1·K-1) SiC ceramics. Kon gamiton nato ang Y2O3-Sc2O3 system sintering aid isip pananglitan, ang ion deviation value sa Y3+ ug Si4+ dako, ug ang duha dili moagi sa solid solution. Ang solubility sa Sc sa puro nga SiC sa 1800~2600℃ gamay ra, mga (2~3)×1017atoms·cm-3.
② Taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit
Ang taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit sa mga SiC ceramics makatabang sa pagwagtang sa mga depekto sa lattice, mga dislocation ug mga residual stress, nga nagpasiugda sa pagbag-o sa istruktura sa pipila ka mga amorphous nga materyales ngadto sa mga kristal, ug nagpahuyang sa epekto sa phonon scattering. Dugang pa, ang taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit epektibo nga makapalambo sa pagtubo sa mga lugas sa SiC, ug sa katapusan makapauswag sa mga thermal properties sa materyal. Pananglitan, human sa taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit sa 1950°C, ang thermal diffusion coefficient sa SiC ceramics misaka gikan sa 83.03mm2·s-1 ngadto sa 89.50mm2·s-1, ug ang room-temperature thermal conductivity misaka gikan sa 180.94W·m-1·K-1 ngadto sa 192.17W·m-1·K-1. Ang taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit epektibo nga nagpauswag sa abilidad sa deoxidation sa sintering aid sa ibabaw ug lattice sa SiC, ug naghimo sa koneksyon tali sa mga lugas sa SiC nga mas hugot. Human sa taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit, ang room-temperature thermal conductivity sa SiC ceramics miuswag pag-ayo.
Oras sa pag-post: Oktubre-24-2024