Aktuell,Siliziumkarbid (SiC)ass e thermesch leetfäeg Keramikmaterial, dat am In- an Ausland aktiv ënnersicht gëtt. Déi theoretesch thermesch Leetfäegkeet vu SiC ass ganz héich, an e puer Kristallforme kënnen 270 W/mK erreechen, wat scho e Leader ënner net-leitende Materialien ass. Zum Beispill kann d'Uwendung vun der SiC-thermescher Leetfäegkeet an de Substratmaterialien vun Hallefleiterkomponenten, Keramikmaterialien mat héijer thermescher Leetfäegkeet, Heizkierper an Heizplacke fir d'Hallefleiterveraarbechtung, Kapselmaterialien fir Nuklearbrennstoff a Gasdichtungsréng fir Kompressorpompelen gesi ginn.
Uwendung vunSiliziumkarbidam Beräich vun den Hallefleeder
Schleifscheiwen a Befestigungen si wichteg Prozessausrüstung fir d'Produktioun vu Siliziumwafer an der Hallefleederindustrie. Wann d'Schleifscheif aus Goss oder Kuelestol besteet, ass hir Liewensdauer kuerz an hiren thermeschen Ausdehnungskoeffizient grouss. Wärend der Veraarbechtung vu Siliziumwaferen, besonnesch beim Schleifen oder Polieren mat héijer Geschwindegkeet, ass et wéinst dem Verschleiung an der thermescher Deformatioun vun der Schleifscheif schwéier, d'Flaachheet an d'Parallelitéit vum Siliziumwafer ze garantéieren. D'Schleifscheif aus ...Siliziumkarbidkeramikhuet wéinst senger héijer Häert wéineg Verschleiung, a säin thermeschen Ausdehnungskoeffizient ass am Fong dee selwechte wéi dee vu Siliziumwaferen, sou datt et mat héijer Geschwindegkeet geschliffen a poléiert ka ginn.
Zousätzlech musse Siliziumwafere bei héijen Temperaturen hiergestallt ginn a ginn dacks mat Siliziumkarbid-Fixtures transportéiert. Si si hitzebeständeg an net-destruktiv. Diamantähnlech Kuelestoff (DLC) an aner Beschichtunge kënnen op d'Uewerfläch opgedroe ginn, fir d'Leeschtung ze verbesseren, Schied un de Waferen ze reduzéieren an d'Verbreedung vu Kontaminatioun ze verhënneren.
Ausserdeem, als Vertrieder vun den Hallefleedermaterialien mat breeder Bandlück vun der drëtter Generatioun, hunn Siliziumcarbid-Eenkristallmaterialien Eegeschafte wéi eng grouss Bandlückebreet (ongeféier 3-mol sou grouss wéi Si), eng héich Wärmeleitfäegkeet (ongeféier 3,3-mol sou grouss wéi Si oder 10-mol sou grouss wéi GaAs), eng héich Elektronensättigungsmigratiounsquote (ongeféier 2,5-mol sou grouss wéi Si) an en héicht Duerchbrochselektrescht Feld (ongeféier 10-mol sou grouss wéi Si oder 5-mol sou grouss wéi GaAs). SiC-Komponente kompenséieren d'Mängel vun traditionelle Hallefleedermaterialkomponenten a prakteschen Uwendungen a ginn no an no zum Mainstream vun den Hallefleeder mat Kraaft.
D'Nofro fir Siliziumcarbid-Keramik mat héijer thermescher Leetfäegkeet ass dramatesch eropgaang
Mat der kontinuéierlecher Entwécklung vun der Wëssenschaft an Technologie ass d'Nofro fir d'Uwendung vu Siliziumcarbid-Keramik am Hallefleederberäich dramatesch eropgaang, an eng héich Wärmeleitfäegkeet ass e Schlësselindikator fir seng Uwendung a Komponenten vun der Hallefleederproduktiounsausrüstung. Dofir ass et entscheedend, d'Fuerschung iwwer Siliziumcarbid-Keramik mat héijer Wärmeleitfäegkeet ze stäerken. D'Reduzéierung vum Sauerstoffgehalt am Gitter, d'Verbesserung vun der Dicht an eng vernünfteg Reguléierung vun der Verdeelung vun der zweeter Phas am Gitter sinn déi wichtegst Methoden fir d'Wärmeleitfäegkeet vu Siliziumcarbid-Keramik ze verbesseren.
Am Moment gëtt et wéineg Studien iwwer Siliziumcarbid-Keramik mat héijer thermescher Leetfäegkeet a mengem Land, an et gëtt nach ëmmer eng grouss Lück am Verglach zum Weltniveau. Zukünfteg Fuerschungsrichtunge sinn:
● D'Fuerschung iwwer de Virbereedungsprozess vu Siliziumcarbid-Keramikpulver stäerken. D'Virbereedung vu Siliziumcarbid-Pulver mat héijer Reinheet a wéineg Sauerstoff ass d'Basis fir d'Virbereedung vu Siliziumcarbid-Keramik mat héijer Wärmeleitfäegkeet;
● D'Auswiel vu Sinterhëllefsmëttelen a verbonnen theoretesch Fuerschung stäerken;
● Stäerkt d'Fuerschung an d'Entwécklung vun High-End-Sinterausrüstung. Duerch d'Reguléierung vum Sinterprozess fir eng vernünfteg Mikrostruktur ze kréien, ass et eng néideg Viraussetzung fir Siliziumcarbid-Keramik mat héijer thermescher Leetfäegkeet ze kréien.
Moossname fir d'Wärmeleitfäegkeet vu Siliziumcarbidkeramik ze verbesseren
De Schlëssel fir d'Verbesserung vun der Wärmeleitfäegkeet vu SiC-Keramik ass d'Reduktioun vun der Phononstreufrequenz an d'Erhéijung vum mëttleren fräie Wee vun de Phononen. D'Wärmeleitfäegkeet vu SiC gëtt effektiv verbessert andeems d'Porositéit an d'Käregrenzdicht vun der SiC-Keramik reduzéiert ginn, d'Rengheet vun de SiC-Käregrenzen verbessert gëtt, d'SiC-Gitterverunreinheeten oder Gitterdefekter reduzéiert ginn an den Hëtzeflussträger am SiC erhéicht gëtt. Aktuell sinn d'Optimiséierung vum Typ an dem Inhalt vu Sinterhëllefsmëttelen an d'Héichtemperatur-Hëtzbehandlung déi wichtegst Moossname fir d'Wärmeleitfäegkeet vu SiC-Keramik ze verbesseren.
① Optimiséierung vum Typ an dem Inhalt vun de Sinterhëllefsmëttel
Verschidde Sinterhëllefsmëttel ginn dacks bäigefüügt wann een SiC-Keramik mat héijer thermescher Konduktivitéit hierstellt. Dorënner hunn den Typ an den Inhalt vun de Sinterhëllefsmëttel e groussen Afloss op d'thermesch Konduktivitéit vun der SiC-Keramik. Zum Beispill léisen sech Al- oder O-Elementer an den Al2O3-System-Sinterhëllefsmëttel liicht an de SiC-Gitter op, wat zu Vakanzen a Defekter féiert, wat zu enger Erhéijung vun der Phononstreufrequenz féiert. Zousätzlech, wann den Inhalt vun de Sinterhëllefsmëttel niddreg ass, ass d'Material schwéier ze sinteren an ze verdichten, während en héijen Inhalt vun Sinterhëllefsmëttel zu enger Erhéijung vun Ongereinheeten a Defekter féiert. Exzessiv Sinterhëllefsmëttel an der flësseger Phas kënnen och de Wuesstum vu SiC-Kären hemmen an de mëttleren fräie Wee vu Phononen reduzéieren. Dofir ass et, fir SiC-Keramik mat héijer thermescher Konduktivitéit hierzestellen, néideg den Inhalt vun de Sinterhëllefsmëttel sou vill wéi méiglech ze reduzéieren, wärend d'Ufuerderunge vun der Sinterdicht erfëllt ginn, a probéieren Sinterhëllefsmëttel ze wielen, déi schwéier am SiC-Gitter opléise kënnen.
*Thermesch Eegeschafte vu SiC-Keramik wann verschidden Sinterhëllefsmëttel bäigefüügt ginn
Aktuell huet waarmgepresst SiC-Keramik, déi mat BeO als Sinterhëllefsmëttel gesintert gëtt, déi maximal Wärmeleitfäegkeet bei Raumtemperatur (270 W·m-1·K-1). BeO ass awer e ganz gëftegt Material a karzinogen, an ass net gëeegent fir eng breet Uwendung a Laboratoiren oder Industrieberäicher. Den niddregsten eutektesche Punkt vum Y2O3-Al2O3-System ass 1760 ℃, wat e gänglecht flëssegt Phas-Sinterhëllefsmëttel fir SiC-Keramik ass. Well Al3+ awer liicht am SiC-Gitter opgeléist gëtt, ass d'Wärmeleitfäegkeet vun der SiC-Keramik bei Raumtemperatur manner wéi 200 W·m-1·K-1, wann dëst System als Sinterhëllefsmëttel benotzt gëtt.
Selten Äerdelementer wéi Y, Sm, Sc, Gd an La sinn net einfach am SiC-Gitter léislech a weisen eng héich Sauerstoffaffinitéit op, wat den Sauerstoffgehalt vum SiC-Gitter effektiv reduzéiere kann. Dofir ass de Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La)-System e gemeinsamt Sinterhëllefsmëttel fir d'Virbereedung vun SiC-Keramik mat héijer thermescher Leetfäegkeet (>200W·m-1·K-1). Wann een zum Beispill de Sinterhëllefsmëttel vum Y2O3-Sc2O3-System hëlt, ass den Ionenofwäichungswäert vun Y3+ a Si4+ grouss, an déi zwee ginn net an eng fest Léisung. D'Léislechkeet vu Sc a purem SiC bei 1800~2600 ℃ ass kleng, ongeféier (2~3)×1017 Atomer·cm-3.
② Héichtemperatur-Hëtzebehandlung
D'Héichtemperatur-Hëtzbehandlung vu SiC-Keramik ass förderlech fir Gitterdefekter, Verrécklungen a Reschtspannungen ze eliminéieren, d'strukturell Transformatioun vu verschiddenen amorphe Materialien a Kristaller ze förderen an den Phononstreuungseffekt ze schwächen. Zousätzlech kann d'Héichtemperatur-Hëtzbehandlung effektiv d'Wuesstum vu SiC-Käre förderen an letztendlich d'thermesch Eegeschafte vum Material verbesseren. Zum Beispill, no der Héichtemperatur-Hëtzbehandlung bei 1950°C ass den Thermodiffusiounskoeffizient vun der SiC-Keramik vun 83,03 mm2·s-1 op 89,50 mm2·s-1 geklommen, an d'Wärmeleitfäegkeet bei Raumtemperatur ass vun 180,94 W·m-1·K-1 op 192,17 W·m-1·K-1 geklommen. D'Héichtemperatur-Hëtzbehandlung verbessert effektiv d'Deoxidatiounsfäegkeet vum Sinterhëllefsmëttel op der SiC-Uewerfläch an dem Gitter a mécht d'Verbindung tëscht de SiC-Käre méi enk. No der Héichtemperatur-Hëtzbehandlung ass d'Wärmeleitfäegkeet vun der SiC-Keramik bei Raumtemperatur däitlech verbessert ginn.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 24. Oktober 2024