Op it stuit,silisiumkarbid (SiC)is in termysk geleidend keramysk materiaal dat aktyf bestudearre wurdt yn binnen- en bûtenlân. De teoretyske termyske geliedingsfermogen fan SiC is tige heech, en guon kristalfoarmen kinne 270W/mK berikke, wat al in lieder is ûnder net-geleidende materialen. Bygelyks, de tapassing fan SiC-termyske geliedingsfermogen is te sjen yn 'e substraatmaterialen fan healgeleiderapparaten, keramyske materialen mei hege termyske geliedingsfermogen, ferwaarmings- en ferwaarmingsplaten foar healgeleiderferwurking, kapsulematerialen foar kearnbrânstof, en gasdichtingsringen foar kompressorpompen.
Tapassing fansilisiumkarbidyn it fjild fan healgeleiders
Slypskiven en fixtures binne wichtige prosesapparatuer foar de produksje fan silisiumwafers yn 'e healgeleideryndustry. As de slypskiif makke is fan getten izer of koalstofstiel, is de libbensdoer koart en de termyske útwreidingskoëffisjint grut. Tidens de ferwurking fan silisiumwafers, foaral by it slypjen of polijsten op hege snelheid, is it troch de slijtage en termyske deformaasje fan 'e slypskiif lestich om de flakheid en parallelliteit fan 'e silisiumwafer te garandearjen. De slypskiif makke fansilisiumkarbide keramykhat lege slijtage fanwegen syn hege hurdens, en syn termyske útwreidingskoëffisjint is yn prinsipe itselde as dy fan silisiumwafers, sadat it mei hege snelheid slyp en gepolijst wurde kin.
Derneist, as silisiumwafers produsearre wurde, moatte se in hege-temperatuer waarmtebehanneling ûndergean en wurde se faak ferfierd mei silisiumkarbide fixtures. Se binne waarmtebestindich en net-destruktyf. Diamant-like koalstof (DLC) en oare coatings kinne op it oerflak oanbrocht wurde om de prestaasjes te ferbetterjen, skea oan wafers te ferminderjen en te foarkommen dat fersmoarging ferspraat wurdt.
Fierder, as fertsjintwurdiger fan 'e tredde generaasje healgeleidermaterialen mei in brede bânkloof, hawwe silisiumkarbide ienkristalmaterialen eigenskippen lykas in grutte bânkloofbreedte (sawat 3 kear dy fan Si), hege termyske geliedingsfermogen (sawat 3,3 kear dy fan Si of 10 kear dy fan GaAs), hege migraasjesnelheid fan elektronsaturaasje (sawat 2,5 kear dy fan Si) en in hege trochbraakelektrysk fjild (sawat 10 kear dy fan Si of 5 kear dy fan GaAs). SiC-apparaten kompensearje foar de tekoarten fan tradisjonele healgeleidermateriaalapparaten yn praktyske tapassingen en wurde stadichoan de haadstream fan krêfthealgeleiders.
De fraach nei silisiumkarbidkeramyk mei hege termyske gelieding is dramatysk tanommen
Mei de trochgeande ûntwikkeling fan wittenskip en technology is de fraach nei de tapassing fan silisiumkarbidkeramyk yn it healgeleiderfjild dramatysk tanommen, en hege termyske geleidingsfermogen is in wichtige yndikator foar syn tapassing yn komponinten fan healgeleiderproduksjeapparatuer. Dêrom is it krúsjaal om it ûndersyk nei silisiumkarbidkeramyk mei hege termyske geleidingsfermogen te fersterkjen. It ferminderjen fan it soerstofgehalte fan it roaster, it ferbetterjen fan de tichtens, en it ridlik regeljen fan de ferdieling fan 'e twadde faze yn it roaster binne de wichtichste metoaden om de termyske geleidingsfermogen fan silisiumkarbidkeramyk te ferbetterjen.
Op it stuit binne der yn myn lân mar in pear stúdzjes oer silisiumkarbidkeramyk mei hege termyske geliedingsfermogen, en der is noch altyd in grutte kloof yn ferliking mei it wrâldnivo. Takomstige ûndersyksrjochtingen omfetsje:
● Fersterkje it ûndersyk nei it tariedingsproses fan silisiumkarbidkeramykpoeier. De tarieding fan silisiumkarbidpoeier mei hege suverens en leech soerstofgehalte is de basis foar de tarieding fan silisiumkarbidkeramyk mei hege termyske geliedingsfermogen;
● Fersterkje de seleksje fan sinterhulpmiddels en relatearre teoretysk ûndersyk;
● Fersterkje it ûndersyk en de ûntwikkeling fan high-end sinterapparatuer. Troch it regeljen fan it sinterproses om in ridlike mikrostruktuer te krijen, is it in needsaaklike betingst om silisiumkarbidkeramyk mei hege termyske gelieding te krijen.
Maatregels om de termyske geleidingsfermogen fan silisiumkarbidkeramyk te ferbetterjen
De kaai ta it ferbetterjen fan 'e termyske geliedingsfermogen fan SiC-keramyk is it ferminderjen fan 'e fononferspriedingsfrekwinsje en it fergrutsjen fan it gemiddelde frije paad fan fononen. De termyske geliedingsfermogen fan SiC sil effektyf ferbettere wurde troch it ferminderjen fan 'e porositeit en nôtgrinstichtens fan SiC-keramyk, it ferbetterjen fan 'e suverens fan SiC-nôtgrinzen, it ferminderjen fan SiC-roosterûnreinheden of roosterdefekten, en it fergrutsjen fan 'e waarmtestreamoerdrachtdrager yn SiC. Op it stuit binne it optimalisearjen fan it type en de ynhâld fan sinterhulpmiddels en hege-temperatuer waarmtebehanneling de wichtichste maatregels om de termyske geliedingsfermogen fan SiC-keramyk te ferbetterjen.
① Optimalisearjen fan it type en de ynhâld fan sinterhulpmiddels
Ferskate sinterhulpmiddels wurde faak tafoege by it tarieden fan SiC-keramyk mei hege termyske gelieding. Dêrûnder hawwe it type en de ynhâld fan sinterhulpmiddels in grutte ynfloed op 'e termyske gelieding fan SiC-keramyk. Bygelyks, Al- of O-eleminten yn 'e Al2O3-systeem sinterhulpmiddels wurde maklik oplost yn it SiC-rooster, wat resulteart yn fakatueres en defekten, wat liedt ta in tanimming fan 'e fononferspriedingsfrekwinsje. Derneist, as de ynhâld fan sinterhulpmiddels leech is, is it materiaal lestich te sinterjen en te ferdichtsjen, wylst in hege ynhâld fan sinterhulpmiddels sil liede ta in tanimming fan ûnreinheden en defekten. Oermjittige floeibere faze sinterhulpmiddels kinne ek de groei fan SiC-korrels remme en it gemiddelde frije paad fan fononen ferminderje. Dêrom, om SiC-keramyk mei hege termyske gelieding te tarieden, is it needsaaklik om de ynhâld fan sinterhulpmiddels safolle mooglik te ferminderjen, wylst foldien wurdt oan 'e easken fan sinterdichtheid, en besykje sinterhulpmiddels te kiezen dy't lestich op te lossen binne yn it SiC-rooster.
*Termyske eigenskippen fan SiC-keramyk as ferskate sinterhulpmiddels tafoege wurde
Op it stuit hawwe hjitparse SiC-keramyk sintere mei BeO as sinterhulpmiddel de maksimale termyske geliedingsfermogen by keamertemperatuer (270W·m-1·K-1). BeO is lykwols in tige giftich materiaal en karsinogeen, en is net geskikt foar wiidfersprate tapassing yn laboratoaria of yndustriële fjilden. It leechste eutektyske punt fan it Y2O3-Al2O3-systeem is 1760 ℃, wat in gewoan floeibere faze-sinterhulpmiddel is foar SiC-keramyk. Omdat Al3+ lykwols maklik oplost yn it SiC-rooster, is de termyske geliedingsfermogen fan SiC-keramyk by keamertemperatuer minder as 200W·m-1·K-1 as dit systeem brûkt wurdt as sinterhulpmiddel.
Seldsume ierde-eleminten lykas Y, Sm, Sc, Gd en La binne net maklik oplosber yn SiC-rooster en hawwe in hege soerstofaffiniteit, wat it soerstofgehalte fan it SiC-rooster effektyf ferminderje kin. Dêrom is it Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) systeem in gewoan sinterhulpmiddel foar it tarieden fan SiC-keramyk mei hege termyske geliedingsfermogen (>200W·m-1·K-1). As wy it Y2O3-Sc2O3 systeem sinterhulpmiddel as foarbyld nimme, is de ionôfwikingswearde fan Y3+ en Si4+ grut, en de twa ûndergeane gjin fêste oplossing. De oplosberens fan Sc yn suver SiC by 1800~2600 ℃ is lyts, sawat (2~3) × 1017 atomen·cm-3.
② Hege temperatuer waarmtebehanneling
Hege temperatuer waarmtebehanneling fan SiC-keramyk is geunstich foar it eliminearjen fan roasterdefekten, ûntwrichtingen en oerbleaune spanningen, it befoarderjen fan 'e strukturele transformaasje fan guon amorfe materialen nei kristallen, en it ferswakjen fan it fononferspriedingseffekt. Derneist kin hege temperatuer waarmtebehanneling de groei fan SiC-kerrels effektyf befoarderje, en úteinlik de termyske eigenskippen fan it materiaal ferbetterje. Bygelyks, nei hege temperatuer waarmtebehanneling by 1950 °C, naam de termyske diffúsjekoëffisjint fan SiC-keramyk ta fan 83,03 mm2·s-1 nei 89,50 mm2·s-1, en de termyske geleidingsfermogen by keamertemperatuer naam ta fan 180,94 W·m-1·K-1 nei 192,17 W·m-1·K-1. Hege temperatuer waarmtebehanneling ferbetteret effektyf it deoksidaasjefermogen fan it sinterhulpmiddel op it SiC-oerflak en it roaster, en makket de ferbining tusken SiC-kerrels strakker. Nei hege temperatuer waarmtebehanneling is de termyske geleidingsfermogen fan SiC-keramyk by keamertemperatuer signifikant ferbettere.
Pleatsingstiid: 24 oktober 2024