ຄວາມຕ້ອງການ ແລະ ການນຳໃຊ້ເຊລາມິກ SiC ທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນສູງໃນຂະແໜງການເຄິ່ງຕົວນຳ

ປັດຈຸບັນ,ຊິລິກອນຄາໄບ (SiC)ເປັນວັດສະດຸເຊລາມິກທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນໄດ້ ເຊິ່ງໄດ້ຮັບການສຶກສາຢ່າງຫ້າວຫັນທັງພາຍໃນ ແລະ ຕ່າງປະເທດ. ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນທາງທິດສະດີຂອງ SiC ແມ່ນສູງຫຼາຍ, ແລະ ບາງຮູບແບບຜລຶກສາມາດສູງເຖິງ 270W/mK, ເຊິ່ງເປັນຜູ້ນຳໜ້າໃນບັນດາວັດສະດຸທີ່ບໍ່ນຳຄວາມຮ້ອນ. ຕົວຢ່າງ, ການນຳໃຊ້ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງ SiC ສາມາດເຫັນໄດ້ໃນວັດສະດຸພື້ນຖານຂອງອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ, ວັດສະດຸເຊລາມິກທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນສູງ, ເຄື່ອງເຮັດຄວາມຮ້ອນ ແລະ ແຜ່ນຄວາມຮ້ອນສຳລັບການປຸງແຕ່ງເຄິ່ງຕົວນຳ, ວັດສະດຸແຄບຊູນສຳລັບເຊື້ອໄຟນິວເຄຼຍ, ແລະ ແຫວນປະທັບຕາອາຍແກັສສຳລັບປ້ຳອັດອາກາດ.

ການນຳໃຊ້ຊິລິກອນຄາໄບໃນຂົງເຂດເຄິ່ງຕົວນຳ

ແຜ່ນບົດ ແລະ ອຸປະກອນຕ່າງໆແມ່ນອຸປະກອນຂະບວນການທີ່ສຳຄັນສຳລັບການຜະລິດແຜ່ນຊິລິໂຄນໃນອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳ. ຖ້າແຜ່ນບົດເຮັດດ້ວຍເຫຼັກຫຼໍ່ ຫຼື ເຫຼັກກາກບອນ, ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງມັນຈະສັ້ນ ແລະ ສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງມັນຈະສູງ. ໃນລະຫວ່າງການປຸງແຕ່ງແຜ່ນຊິລິໂຄນ, ໂດຍສະເພາະໃນລະຫວ່າງການບົດ ຫຼື ການຂັດດ້ວຍຄວາມໄວສູງ, ເນື່ອງຈາກການສວມໃສ່ ແລະ ການຜິດຮູບທາງຄວາມຮ້ອນຂອງແຜ່ນບົດ, ຄວາມຮາບພຽງ ແລະ ຂະໜານຂອງແຜ່ນຊິລິໂຄນແມ່ນຍາກທີ່ຈະຮັບປະກັນ. ແຜ່ນບົດເຮັດດ້ວຍເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບມີການສວມໃສ່ຕໍ່າເນື່ອງຈາກມີຄວາມແຂງສູງ, ແລະຄ່າສໍາປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງມັນແມ່ນຄືກັນກັບແຜ່ນຊິລິໂຄນ, ສະນັ້ນມັນສາມາດບົດແລະຂັດດ້ວຍຄວາມໄວສູງ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ເມື່ອຜະລິດແຜ່ນຊິລິໂຄນ, ພວກມັນຈຳເປັນຕ້ອງໄດ້ຜ່ານການປະຕິບັດຄວາມຮ້ອນທີ່ອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ມັກຈະຖືກຂົນສົ່ງໂດຍໃຊ້ອຸປະກອນຊິລິໂຄນຄາໄບ. ພວກມັນທົນທານຕໍ່ຄວາມຮ້ອນ ແລະ ບໍ່ທຳລາຍ. ທາດຄາບອນຄ້າຍຄືເພັດ (DLC) ແລະ ການເຄືອບອື່ນໆສາມາດນຳໃຊ້ກັບພື້ນຜິວເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບ, ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເສຍຫາຍຂອງແຜ່ນຊິລິໂຄນ, ແລະ ປ້ອງກັນການປົນເປື້ອນຈາກການແຜ່ລາມ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນຖານະທີ່ເປັນຕົວແທນຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີແຖບຄວາມຖີ່ກວ້າງລຸ້ນທີສາມ, ວັດສະດຸຜລຶກຊິລິກອນຄາໄບດ່ຽວມີຄຸນສົມບັດເຊັ່ນ: ຄວາມກວ້າງຂອງແຖບຄວາມຖີ່ໃຫຍ່ (ປະມານ 3 ເທົ່າຂອງ Si), ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (ປະມານ 3.3 ເທົ່າຂອງ Si ຫຼື 10 ເທົ່າຂອງ GaAs), ອັດຕາການເຄື່ອນທີ່ຂອງຄວາມອີ່ມຕົວຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ (ປະມານ 2.5 ເທົ່າຂອງ Si) ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າແຕກຫັກສູງ (ປະມານ 10 ເທົ່າຂອງ Si ຫຼື 5 ເທົ່າຂອງ GaAs). ອຸປະກອນ SiC ຊົດເຊີຍຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງອຸປະກອນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳແບບດັ້ງເດີມໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ ແລະ ຄ່ອຍໆກາຍເປັນກະແສຫຼັກຂອງເຄິ່ງຕົວນຳພະລັງງານ.

ຄວາມຕ້ອງການສຳລັບເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນສູງໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ

ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ, ຄວາມຕ້ອງການສຳລັບການນຳໃຊ້ເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບໃນຂະແໜງການເຄິ່ງຕົວນຳໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະ ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງແມ່ນຕົວຊີ້ວັດຫຼັກສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນສ່ວນປະກອບອຸປະກອນການຜະລິດເຄິ່ງຕົວນຳ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈຶ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍທີ່ຈະຕ້ອງເສີມສ້າງການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນສູງ. ການຫຼຸດຜ່ອນປະລິມານອົກຊີເຈນໃນໂຄງສ້າງ, ການປັບປຸງຄວາມໜາແໜ້ນ, ແລະ ການຄວບຄຸມການແຈກຢາຍຂອງໄລຍະທີສອງໃນໂຄງສ້າງຢ່າງສົມເຫດສົມຜົນແມ່ນວິທີການຫຼັກໃນການປັບປຸງຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບ.

ໃນປະຈຸບັນ, ມີການສຶກສາໜ້ອຍກ່ຽວກັບເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບດ໌ທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງໃນປະເທດຂອງຂ້າພະເຈົ້າ, ແລະຍັງມີຊ່ອງຫວ່າງຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບລະດັບໂລກ. ທິດທາງການຄົ້ນຄວ້າໃນອະນາຄົດລວມມີ:
●ເສີມສ້າງການຄົ້ນຄວ້າຂະບວນການກະກຽມຜົງເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບ. ການກະກຽມຜົງຊິລິກອນຄາໄບທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ ແລະ ມີອົກຊີເຈນຕ່ຳ ແມ່ນພື້ນຖານສຳລັບການກະກຽມເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ;
● ເສີມສ້າງການຄັດເລືອກອຸປະກອນຊ່ວຍໃນການເຜົາໄໝ້ ແລະ ການຄົ້ນຄວ້າທິດສະດີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ;
●ເສີມສ້າງການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ພັດທະນາອຸປະກອນການເຜົາໄໝ້ລະດັບສູງ. ໂດຍການຄວບຄຸມຂະບວນການເຜົາໄໝ້ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ໂຄງສ້າງຈຸລະພາກທີ່ສົມເຫດສົມຜົນ, ມັນເປັນເງື່ອນໄຂທີ່ຈຳເປັນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບດ໌ທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ.

ມາດຕະການເພື່ອປັບປຸງຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກຊິລິກອນຄາໄບ

ກຸນແຈສຳຄັນໃນການປັບປຸງຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກ SiC ແມ່ນການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຖີ່ຂອງການກະແຈກກະຈາຍຂອງໂຟນອນ ແລະ ເພີ່ມເສັ້ນທາງເສລີຂອງໂຟນອນ. ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງ SiC ຈະໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງມີປະສິດທິພາບໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມพรຸນ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂອບເຂດເມັດຂອງເຊລາມິກ SiC, ປັບປຸງຄວາມບໍລິສຸດຂອງຂອບເຂດເມັດ SiC, ການຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງເຈືອປົນຂອງຕາຂ່າຍ SiC ຫຼື ຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຕາຂ່າຍ, ແລະ ເພີ່ມຕົວນຳການຖ່າຍທອດຄວາມຮ້ອນໃນ SiC. ໃນປະຈຸບັນ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບປະເພດ ແລະ ເນື້ອໃນຂອງເຄື່ອງຊ່ວຍໃນການເຜົາ ແລະ ການບຳບັດຄວາມຮ້ອນທີ່ອຸນຫະພູມສູງແມ່ນມາດຕະການຫຼັກເພື່ອປັບປຸງຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກ SiC.

① ການເພີ່ມປະສິດທິພາບປະເພດ ແລະ ເນື້ອໃນຂອງເຄື່ອງຊ່ວຍໃນການເຜົາ

ສ່ວນຫຼາຍແລ້ວ, ສານຊ່ວຍໃນການເຜົາຊະນິດຕ່າງໆມັກຈະຖືກເພີ່ມເຂົ້າມາເມື່ອກະກຽມເຊລາມິກ SiC ທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ. ໃນນັ້ນ, ປະເພດ ແລະ ປະລິມານຂອງສານຊ່ວຍໃນການເຜົາມີອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ການນຳຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກ SiC. ຕົວຢ່າງ, ທາດ Al ຫຼື O ໃນລະບົບ Al2O3 ສານຊ່ວຍໃນການເຜົາສາມາດລະລາຍເຂົ້າໄປໃນຕາຂ່າຍ SiC ໄດ້ງ່າຍ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດຊ່ອງຫວ່າງ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຖີ່ຂອງການກະແຈກກະຈາຍຂອງໂຟນອນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຖ້າປະລິມານຂອງສານຊ່ວຍໃນການເຜົາຕ່ຳ, ວັດສະດຸຈະຍາກທີ່ຈະເຜົາ ແລະ ເຮັດໃຫ້ໜາແໜ້ນ, ໃນຂະນະທີ່ປະລິມານຂອງສານຊ່ວຍໃນການເຜົາສູງຈະນຳໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງສິ່ງເຈືອປົນ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງ. ສານຊ່ວຍໃນການເຜົາໄລຍະແຫຼວຫຼາຍເກີນໄປອາດຈະຍັບຍັ້ງການເຕີບໂຕຂອງເມັດ SiC ແລະ ຫຼຸດເສັ້ນທາງເສລີສະເລ່ຍຂອງໂຟນອນ. ດັ່ງນັ້ນ, ເພື່ອກະກຽມເຊລາມິກ SiC ທີ່ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ, ມັນຈຳເປັນຕ້ອງຫຼຸດຜ່ອນປະລິມານຂອງສານຊ່ວຍໃນການເຜົາໃຫ້ຫຼາຍເທົ່າທີ່ຈະຫຼາຍໄດ້ ໃນຂະນະທີ່ຕອບສະໜອງຄວາມຕ້ອງການຂອງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຜົາ, ແລະ ພະຍາຍາມເລືອກສານຊ່ວຍໃນການເຜົາທີ່ຍາກທີ່ຈະລະລາຍໃນຕາຂ່າຍ SiC.

*ຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກ SiC ເມື່ອເພີ່ມສານຊ່ວຍໃນການເຜົາທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

ປະຈຸບັນ, ເຊລາມິກ SiC ທີ່ຖືກກົດຮ້ອນດ້ວຍ BeO ເປັນຕົວຊ່ວຍໃນການເຜົາມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງສຸດໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ (270W·m-1·K-1). ຢ່າງໃດກໍຕາມ, BeO ເປັນວັດສະດຸທີ່ມີພິດສູງ ແລະ ເປັນສານກໍ່ມະເຮັງ, ແລະ ບໍ່ເໝາະສົມສຳລັບການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຫ້ອງທົດລອງ ຫຼື ຂະແໜງອຸດສາຫະກຳ. ຈຸດຢູເທັກຕິກຕໍ່າສຸດຂອງລະບົບ Y2O3-Al2O3 ແມ່ນ 1760 ℃, ເຊິ່ງເປັນຕົວຊ່ວຍໃນການເຜົາໃນໄລຍະແຫຼວທົ່ວໄປສຳລັບເຊລາມິກ SiC. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກ Al3+ ສາມາດລະລາຍເຂົ້າໄປໃນຕາຂ່າຍ SiC ໄດ້ງ່າຍ, ເມື່ອລະບົບນີ້ຖືກນຳໃຊ້ເປັນຕົວຊ່ວຍໃນການເຜົາ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງຂອງເຊລາມິກ SiC ແມ່ນໜ້ອຍກວ່າ 200W·m-1·K-1.

ທາດໂລຫະທີ່ຫາຍາກເຊັ່ນ: Y, Sm, Sc, Gd ແລະ La ບໍ່ລະລາຍງ່າຍໃນໂຄງ SiC ແລະ ມີຄວາມຜູກພັນກັບອົກຊີເຈນສູງ, ເຊິ່ງສາມາດຫຼຸດປະລິມານອົກຊີເຈນຂອງໂຄງ SiC ໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ. ດັ່ງນັ້ນ, ລະບົບ Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) ເປັນເຄື່ອງຊ່ວຍໃນການເຜົາທົ່ວໄປສຳລັບການກະກຽມເຊລາມິກ SiC ທີ່ນຳຄວາມຮ້ອນສູງ (>200W·m-1·K-1). ຍົກຕົວຢ່າງເຄື່ອງຊ່ວຍໃນການເຜົາລະບົບ Y2O3-Sc2O3, ຄ່າຄວາມບ່ຽງເບນຂອງໄອອອນຂອງ Y3+ ແລະ Si4+ ແມ່ນສູງ, ແລະທັງສອງບໍ່ໄດ້ຜ່ານການແກ້ໄຂຂອງແຂງ. ຄວາມລະລາຍຂອງ Sc ໃນ SiC ບໍລິສຸດທີ່ 1800~2600℃ ແມ່ນນ້ອຍ, ປະມານ (2~3)×1017ອະຕອມ·cm-3.

② ການປິ່ນປົວດ້ວຍຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງ

ການປະບັດຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງຂອງເຊລາມິກ SiC ແມ່ນເອື້ອອຳນວຍໃຫ້ແກ່ການກຳຈັດຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງໂຄງສ້າງ, ການເຄື່ອນທີ່ ແລະ ຄວາມກົດດັນທີ່ເຫຼືອ, ສົ່ງເສີມການຫັນປ່ຽນໂຄງສ້າງຂອງວັດສະດຸທີ່ບໍ່ມີຮູບຮ່າງບາງຊະນິດໃຫ້ເປັນໄປເຊຍກັນ, ແລະ ເຮັດໃຫ້ຜົນກະທົບຂອງການກະແຈກກະຈາຍໂຟນອນອ່ອນແອລົງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ການປະບັດຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງສາມາດສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງເມັດ SiC ໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ແລະ ໃນທີ່ສຸດກໍ່ປັບປຸງຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນຂອງວັດສະດຸ. ຕົວຢ່າງ, ຫຼັງຈາກການປະຕິບັດຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງທີ່ 1950°C, ສຳປະສິດການແຜ່ກະຈາຍຄວາມຮ້ອນຂອງເຊລາມິກ SiC ໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 83.03mm2·s-1 ເປັນ 89.50mm2·s-1, ແລະ ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 180.94W·m-1·K-1 ເປັນ 192.17W·m-1·K-1. ການປະບັດຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງຊ່ວຍປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການຫຼຸດການຜຸພັງຂອງຕົວຊ່ວຍເຜົາໄໝ້ເທິງໜ້າດິນ SiC ແລະ ໂຄງສ້າງໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ແລະ ເຮັດໃຫ້ການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງເມັດ SiC ແໜ້ນໜາຂຶ້ນ. ຫຼັງຈາກການປະຕິບັດຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມສູງ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງຂອງເຊລາມິກ SiC ໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.