Attualmente,carburu di siliciu (SiC)hè un materiale ceramicu termicamente conduttivu chì hè studiatu attivamente in casa è à l'esteru. A conduttività termica teorica di SiC hè assai alta, è alcune forme cristalline ponu ghjunghje à 270W/mK, chì hè digià un capu trà i materiali non conduttivi. Per esempiu, l'applicazione di a conduttività termica di SiC pò esse vista in i materiali di substratu di dispositivi semiconduttori, materiali ceramici à alta conduttività termica, riscaldatori è piastre di riscaldamentu per a trasfurmazione di semiconduttori, materiali di capsule per carburante nucleare è anelli di tenuta di gas per pompe di compressore.
Applicazione dicarburu di siliciuin u campu di i semiconduttori
I dischi di macinazione è i dispositivi di smerigliatura sò apparecchiature di prucessu impurtanti per a pruduzzione di wafer di siliciu in l'industria di i semiconduttori. Se u discu di macinazione hè fattu di ghisa o d'acciaio à u carbone, a so durata di vita hè corta è u so coefficientu di dilatazione termica hè grande. Durante a trasfurmazione di wafer di siliciu, in particulare durante a macinazione o a lucidatura à alta velocità, per via di l'usura è di a deformazione termica di u discu di macinazione, a planarità è u parallelismu di u wafer di siliciu sò difficiuli da garantisce. U discu di macinazione fattu diceramica di carburo di siliciuhà una bassa usura per via di a so alta durezza, è u so coefficientu di dilatazione termica hè basicamente u listessu chè quellu di i wafer di siliciu, dunque pò esse macinatu è lucidatu à alta velocità.
Inoltre, quandu si producenu wafer di siliciu, devenu esse sottumessi à un trattamentu termicu à alta temperatura è sò spessu trasportati cù dispositivi di carburo di siliciu. Sò resistenti à u calore è micca distruttivi. U carbone simile à u diamante (DLC) è altri rivestimenti ponu esse applicati nantu à a superficia per migliurà e prestazioni, alleviare i danni à i wafer è impedisce a diffusione di a contaminazione.
Inoltre, cum'è rappresentante di i materiali semiconduttori à banda larga di terza generazione, i materiali monocristallini di carburo di siliciu anu proprietà cum'è una grande larghezza di banda proibita (circa 3 volte quella di Si), alta conducibilità termica (circa 3,3 volte quella di Si o 10 volte quella di GaAs), alta velocità di migrazione di saturazione elettronica (circa 2,5 volte quella di Si) è un campu elettricu di rottura elevata (circa 10 volte quella di Si o 5 volte quella di GaAs). I dispositivi SiC cumpensanu i difetti di i dispositivi tradiziunali di materiali semiconduttori in applicazioni pratiche è stanu diventendu gradualmente a corrente principale di i semiconduttori di putenza.
A dumanda di ceramica di carburo di siliciu à alta conducibilità termica hè aumentata dramaticamente.
Cù u sviluppu cuntinuu di a scienza è di a tecnulugia, a dumanda per l'applicazione di a ceramica di carburu di siliciu in u campu di i semiconduttori hè aumentata dramaticamente, è l'alta cunduttività termica hè un indicatore chjave per a so applicazione in i cumpunenti di l'apparecchiature di fabricazione di semiconduttori. Dunque, hè cruciale rinfurzà a ricerca nantu à a ceramica di carburu di siliciu à alta cunduttività termica. Riduce u cuntenutu d'ossigenu di u reticulu, migliurà a densità è regulà ragiunevolmente a distribuzione di a seconda fase in u reticulu sò i principali metudi per migliurà a cunduttività termica di a ceramica di carburu di siliciu.
Attualmente, ci sò pochi studii nantu à e ceramiche di carburo di siliciu à alta conducibilità termica in u mo paese, è ci hè sempre una grande differenza paragunata à u livellu mundiale. E direzzioni di ricerca future includenu:
● Rafforza a ricerca nantu à u prucessu di preparazione di a polvere ceramica di carburo di siliciu. A preparazione di polvere di carburo di siliciu d'alta purezza è à bassu cuntenutu d'ossigenu hè a basa per a preparazione di ceramiche di carburo di siliciu d'alta conducibilità termica;
● Rafurzà a selezzione di l'aiuti di sinterizazione è a ricerca teorica cunnessa;
● Rafforza a ricerca è u sviluppu di l'attrezzatura di sinterizzazione di alta gamma. Regulendu u prucessu di sinterizzazione per ottene una microstruttura ragionevule, hè una cundizione necessaria per ottene ceramiche di carburo di siliciu à alta conducibilità termica.
Misure per migliurà a cunduttività termica di a ceramica di carburu di siliciu
A chjave per migliurà a cunduttività termica di a ceramica SiC hè di riduce a frequenza di diffusione di i fononi è di aumentà u percorsu liberu mediu di i fononi. A cunduttività termica di SiC serà migliorata efficacemente riducendu a porosità è a densità di i limiti di i grani di a ceramica SiC, migliurendu a purità di i limiti di i grani di SiC, riducendu l'impurità o i difetti di u reticolo di SiC, è aumentendu u vettore di trasmissione di u flussu di calore in SiC. Attualmente, l'ottimisazione di u tipu è di u cuntenutu di l'aiuti di sinterizzazione è u trattamentu termicu à alta temperatura sò e misure principali per migliurà a cunduttività termica di a ceramica SiC.
① Ottimizazione di u tipu è di u cuntenutu di l'aiuti di sinterizazione
Diversi aiuti di sinterizzazione sò spessu aghjunti quandu si preparanu ceramiche SiC à alta conducibilità termica. Frà elli, u tipu è u cuntenutu di l'aiuti di sinterizzazione anu una grande influenza nantu à a conducibilità termica di e ceramiche SiC. Per esempiu, l'elementi Al o O in l'aiuti di sinterizzazione di u sistema Al2O3 sò facilmente dissolti in u reticolo SiC, risultendu in vacanze è difetti, ciò chì porta à un aumentu di a frequenza di diffusione di i fononi. Inoltre, se u cuntenutu di l'aiuti di sinterizzazione hè bassu, u materiale hè difficiule da sinterizà è densificà, mentre chì un altu cuntenutu di aiuti di sinterizzazione porterà à un aumentu di impurità è difetti. L'eccessivi aiuti di sinterizzazione in fase liquida ponu ancu inibisce a crescita di i grani di SiC è riduce u percorsu liberu mediu di i fononi. Dunque, per preparà ceramiche SiC à alta conducibilità termica, hè necessariu riduce u cuntenutu di l'aiuti di sinterizzazione u più pussibule, rispettendu i requisiti di densità di sinterizzazione, è pruvà à sceglie aiuti di sinterizzazione chì sò difficiuli da dissolve in u reticolo SiC.
*Proprietà termiche di a ceramica SiC quandu si aghjunghjenu diversi aiuti di sinterizazione
Attualmente, e ceramiche SiC pressate à caldu sinterizzate cù BeO cum'è aiutu di sinterizazione anu a massima cunduttività termica à temperatura ambiente (270W·m-1·K-1). Tuttavia, BeO hè un materiale altamente tossicu è cancerogenu, è ùn hè micca adattatu per una applicazione diffusa in laboratori o campi industriali. U puntu eutecticu più bassu di u sistema Y2O3-Al2O3 hè 1760℃, chì hè un aiutu di sinterizazione in fase liquida cumunu per e ceramiche SiC. Tuttavia, postu chì Al3+ si dissolve facilmente in u reticolo SiC, quandu stu sistema hè adupratu cum'è aiutu di sinterizazione, a cunduttività termica à temperatura ambiente di e ceramiche SiC hè inferiore à 200W·m-1·K-1.
L'elementi di terre rare cum'è Y, Sm, Sc, Gd è La ùn sò micca facilmente solubili in u reticolo SiC è anu una alta affinità per l'ossigenu, chì pò riduce efficacemente u cuntenutu d'ossigenu di u reticolo SiC. Dunque, u sistema Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) hè un aiutu di sinterizazione cumunu per preparà ceramica SiC à alta conducibilità termica (>200W·m-1·K-1). Pigliendu l'aiutu di sinterizazione di u sistema Y2O3-Sc2O3 cum'è esempiu, u valore di deviazione ionica di Y3+ è Si4+ hè grande, è i dui ùn subiscenu micca una soluzione solida. A solubilità di Sc in SiC puru à 1800~2600℃ hè chjuca, circa (2~3)×1017atomi·cm-3.
② Trattamentu termicu à alta temperatura
U trattamentu termicu à alta temperatura di a ceramica SiC hè favurevule à l'eliminazione di i difetti di reticolo, dislocazioni è tensioni residuali, prumove a trasfurmazione strutturale di certi materiali amorfi in cristalli, è indebulisce l'effettu di scattering di fononi. Inoltre, u trattamentu termicu à alta temperatura pò prumove efficacemente a crescita di i grani di SiC, è infine migliurà e proprietà termiche di u materiale. Per esempiu, dopu u trattamentu termicu à alta temperatura à 1950 ° C, u coefficientu di diffusione termica di a ceramica SiC hè aumentatu da 83,03 mm2 · s-1 à 89,50 mm2 · s-1, è a cunduttività termica à temperatura ambiente hè aumentata da 180,94 W · m-1 · K-1 à 192,17 W · m-1 · K-1. U trattamentu termicu à alta temperatura migliora efficacemente a capacità di disossidazione di l'aiutante di sinterizzazione nantu à a superficia è u reticolo di SiC, è rende a cunnessione trà i grani di SiC più stretta. Dopu u trattamentu termicu à alta temperatura, a cunduttività termica à temperatura ambiente di a ceramica SiC hè stata significativamente migliorata.
Data di publicazione: 24 d'ottobre di u 2024