Ar hyn o bryd,carbid silicon (SiC)yn ddeunydd ceramig dargludol thermol sy'n cael ei astudio'n weithredol gartref a thramor. Mae dargludedd thermol damcaniaethol SiC yn uchel iawn, a gall rhai ffurfiau crisial gyrraedd 270W/mK, sydd eisoes yn arweinydd ymhlith deunyddiau nad ydynt yn ddargludol. Er enghraifft, gellir gweld cymhwysiad dargludedd thermol SiC yn y deunyddiau swbstrad ar gyfer dyfeisiau lled-ddargludyddion, deunyddiau ceramig dargludedd thermol uchel, gwresogyddion a phlatiau gwresogi ar gyfer prosesu lled-ddargludyddion, deunyddiau capsiwl ar gyfer tanwydd niwclear, a chylchoedd selio nwy ar gyfer pympiau cywasgydd.
Cymhwysocarbid siliconym maes lled-ddargludyddion
Mae disgiau a gosodiadau malu yn offer prosesu pwysig ar gyfer cynhyrchu wafer silicon yn y diwydiant lled-ddargludyddion. Os yw'r ddisg malu wedi'i gwneud o haearn bwrw neu ddur carbon, mae ei hoes gwasanaeth yn fyr a'i gyfernod ehangu thermol yn fawr. Wrth brosesu wafers silicon, yn enwedig wrth malu neu sgleinio cyflym, oherwydd traul ac anffurfiad thermol y ddisg malu, mae'n anodd gwarantu gwastadrwydd a chyfochrogrwydd y wafer silicon. Mae'r ddisg malu wedi'i gwneud ocerameg silicon carbidmae ganddo wisgo isel oherwydd ei galedwch uchel, ac mae ei gyfernod ehangu thermol yr un fath yn y bôn â chyfernod wafers silicon, felly gellir ei falu a'i sgleinio ar gyflymder uchel.
Yn ogystal, pan gynhyrchir waferi silicon, mae angen iddynt gael triniaeth wres tymheredd uchel ac yn aml cânt eu cludo gan ddefnyddio gosodiadau silicon carbid. Maent yn gwrthsefyll gwres ac nid ydynt yn ddinistriol. Gellir rhoi carbon tebyg i ddiamwnt (DLC) a haenau eraill ar yr wyneb i wella perfformiad, lliniaru difrod i waferi, ac atal halogiad rhag lledaenu.
Ar ben hynny, fel cynrychiolydd o ddeunyddiau lled-ddargludyddion band-eang trydydd cenhedlaeth, mae gan ddeunyddiau crisial sengl silicon carbide briodweddau fel lled band-bwlch mawr (tua 3 gwaith lled Si), dargludedd thermol uchel (tua 3.3 gwaith lled Si neu 10 gwaith lled GaAs), cyfradd mudo dirlawnder electronau uchel (tua 2.5 gwaith lled Si) a maes trydan chwalfa uchel (tua 10 gwaith lled Si neu 5 gwaith lled GaAs). Mae dyfeisiau SiC yn gwneud iawn am ddiffygion dyfeisiau deunydd lled-ddargludyddion traddodiadol mewn cymwysiadau ymarferol ac yn raddol yn dod yn brif ffrwd lled-ddargludyddion pŵer.
Mae'r galw am serameg silicon carbid dargludedd thermol uchel wedi cynyddu'n sylweddol.
Gyda datblygiad parhaus gwyddoniaeth a thechnoleg, mae'r galw am gymhwyso cerameg silicon carbid ym maes lled-ddargludyddion wedi cynyddu'n sylweddol, ac mae dargludedd thermol uchel yn ddangosydd allweddol ar gyfer ei gymhwyso mewn cydrannau offer gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion. Felly, mae'n hanfodol cryfhau'r ymchwil ar serameg silicon carbid dargludedd thermol uchel. Lleihau cynnwys ocsigen y dellt, gwella'r dwysedd, a rheoleiddio dosbarthiad yr ail gam yn rhesymol yn y dellt yw'r prif ddulliau o wella dargludedd thermol cerameg silicon carbid.
Ar hyn o bryd, ychydig o astudiaethau sydd ar gerameg silicon carbid dargludedd thermol uchel yn fy ngwlad, ac mae bwlch mawr o hyd o'i gymharu â lefel y byd. Mae cyfeiriadau ymchwil yn y dyfodol yn cynnwys:
● Cryfhau ymchwil proses baratoi powdr ceramig silicon carbid. Paratoi powdr silicon carbid purdeb uchel, ocsigen isel yw'r sail ar gyfer paratoi ceramig silicon carbid dargludedd thermol uchel;
● Cryfhau'r dewis o gymhorthion sinteru ac ymchwil ddamcaniaethol gysylltiedig;
● Cryfhau ymchwil a datblygu offer sinteru pen uchel. Drwy reoleiddio'r broses sinteru i gael microstrwythur rhesymol, mae'n amod angenrheidiol i gael cerameg silicon carbid dargludedd thermol uchel.
Mesurau i wella dargludedd thermol cerameg silicon carbid
Yr allwedd i wella dargludedd thermol cerameg SiC yw lleihau amlder gwasgariad ffonon a chynyddu llwybr rhydd cymedrig y ffonon. Bydd dargludedd thermol SiC yn cael ei wella'n effeithiol trwy leihau mandylledd a dwysedd ffin grawn cerameg SiC, gwella purdeb ffiniau grawn SiC, lleihau amhureddau dellt SiC neu ddiffygion dellt, a chynyddu'r cludwr trosglwyddo llif gwres yn SiC. Ar hyn o bryd, optimeiddio math a chynnwys cymhorthion sinteru a thriniaeth gwres tymheredd uchel yw'r prif fesurau i wella dargludedd thermol cerameg SiC.
① Optimeiddio math a chynnwys cymhorthion sinteru
Yn aml, ychwanegir amrywiol gymhorthion sinteru wrth baratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel. Yn eu plith, mae gan fath a chynnwys y cymhorthion sinteru ddylanwad mawr ar ddargludedd thermol cerameg SiC. Er enghraifft, mae elfennau Al neu O yng nghymhorthion sinteru system Al2O3 yn cael eu hydoddi'n hawdd yn y dellt SiC, gan arwain at fylchau a diffygion, sy'n arwain at gynnydd yn amlder gwasgaru'r ffononau. Yn ogystal, os yw cynnwys y cymhorthion sinteru yn isel, mae'n anodd sinteru a dwysáu'r deunydd, tra bydd cynnwys uchel o gymhorthion sinteru yn arwain at gynnydd mewn amhureddau a diffygion. Gall gormod o gymhorthion sinteru cyfnod hylif hefyd atal twf gronynnau SiC a lleihau llwybr rhydd cymedrig ffononau. Felly, er mwyn paratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel, mae angen lleihau cynnwys y cymhorthion sinteru cymaint â phosibl wrth fodloni gofynion dwysedd sinteru, a cheisio dewis cymhorthion sinteru sy'n anodd eu hydoddi yn y dellt SiC.
*Priodweddau thermol cerameg SiC pan ychwanegir gwahanol gymhorthion sinteru
Ar hyn o bryd, mae gan serameg SiC wedi'i wasgu'n boeth ac wedi'i sinteru â BeO fel cymorth sinteru'r dargludedd thermol tymheredd ystafell uchaf (270W·m-1·K-1). Fodd bynnag, mae BeO yn ddeunydd gwenwynig iawn ac yn garsinogenig, ac nid yw'n addas ar gyfer defnydd eang mewn labordai na meysydd diwydiannol. Y pwynt ewtectig isaf ar gyfer y system Y2O3-Al2O3 yw 1760 ℃, sef cymorth sinteru cyfnod hylif cyffredin ar gyfer serameg SiC. Fodd bynnag, gan fod Al3+ yn hawdd ei doddi yn y dellt SiC, pan ddefnyddir y system hon fel cymorth sinteru, mae dargludedd thermol tymheredd ystafell serameg SiC yn llai na 200W·m-1·K-1.
Nid yw elfennau daear prin fel Y, Sm, Sc, Gd a La yn hawdd eu hydoddi mewn dellt SiC ac mae ganddynt affinedd ocsigen uchel, a all leihau cynnwys ocsigen dellt SiC yn effeithiol. Felly, mae system Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) yn gymorth sinteru cyffredin ar gyfer paratoi cerameg SiC dargludedd thermol uchel (>200W·m-1·K-1). Gan gymryd cymorth sinteru system Y2O3-Sc2O3 fel enghraifft, mae gwerth gwyriad ïon Y3+ a Si4+ yn fawr, ac nid yw'r ddau yn mynd trwy hydoddiant solet. Mae hydoddedd Sc mewn SiC pur ar 1800~2600℃ yn fach, tua (2~3)×1017atom·cm-3.
② Triniaeth gwres tymheredd uchel
Mae triniaeth gwres tymheredd uchel ar serameg SiC yn ffafriol i ddileu diffygion dellt, dadleoliadau a straen gweddilliol, gan hyrwyddo trawsnewidiad strwythurol rhai deunyddiau amorffaidd i grisialau, a gwanhau effaith gwasgaru ffononau. Yn ogystal, gall triniaeth gwres tymheredd uchel hyrwyddo twf gronynnau SiC yn effeithiol, ac yn y pen draw gwella priodweddau thermol y deunydd. Er enghraifft, ar ôl triniaeth gwres tymheredd uchel ar 1950°C, cynyddodd cyfernod trylediad thermol serameg SiC o 83.03mm2·s-1 i 89.50mm2·s-1, a chynyddodd y dargludedd thermol tymheredd ystafell o 180.94W·m-1·K-1 i 192.17W·m-1·K-1. Mae triniaeth gwres tymheredd uchel yn gwella gallu dadocsideiddio'r cymorth sinteru ar wyneb a dellt SiC yn effeithiol, ac yn gwneud y cysylltiad rhwng gronynnau SiC yn dynnach. Ar ôl triniaeth gwres tymheredd uchel, mae dargludedd thermol tymheredd ystafell serameg SiC wedi gwella'n sylweddol.
Amser postio: Hydref-24-2024