Одоогоор,цахиурын карбид (SiC)нь дотоод болон гадаадад идэвхтэй судлагдаж буй дулаан дамжуулагч керамик материал юм. SiC-ийн онолын дулаан дамжуулалт маш өндөр бөгөөд зарим талст хэлбэрүүд нь 270Вт/мК хүрч чаддаг бөгөөд энэ нь дамжуулагч бус материалуудын дунд тэргүүлэгч юм. Жишээлбэл, SiC-ийн дулаан дамжуулалтыг хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн суурь материал, өндөр дулаан дамжуулалттай керамик материал, хагас дамжуулагч боловсруулах зориулалттай халаагч болон халаалтын хавтан, цөмийн түлшний капсул материал, компрессорын шахуургын хийн битүүмжлэх цагираг зэрэгт хэрэглэж болно.
Хэрэглээцахиурын карбидхагас дамжуулагчийн салбарт
Нунтаглах диск болон бэхэлгээ нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн цахиурын хавтанг үйлдвэрлэхэд чухал технологийн тоног төхөөрөмж юм. Хэрэв нунтаглах диск нь цутгамал төмөр эсвэл нүүрстөрөгчийн гангаар хийгдсэн бол ашиглалтын хугацаа богино, дулааны тэлэлтийн коэффициент нь өндөр байдаг. Цахиурын хавтанг боловсруулах явцад, ялангуяа өндөр хурдтай нунтаглах эсвэл өнгөлөх үед нунтаглах дискний элэгдэл, дулааны деформацийн улмаас цахиурын хавтангийн тэгш байдал, параллел байдлыг хангахад хэцүү байдаг. Нунтаглах диск ньцахиурын карбид керамикӨндөр хатуулагтай тул элэгдэл багатай бөгөөд дулааны тэлэлтийн коэффициент нь цахиурын вафлитай үндсэндээ ижил тул өндөр хурдаар нунтаглаж, өнгөлж болно.
Үүнээс гадна, цахиурын вафли үйлдвэрлэхэд тэдгээрийг өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийх шаардлагатай бөгөөд ихэвчлэн цахиурын карбидын бэхэлгээ ашиглан тээвэрлэдэг. Эдгээр нь халуунд тэсвэртэй бөгөөд эвдэрдэггүй. Гүйцэтгэлийг сайжруулах, вафлины эвдрэлийг арилгах, бохирдол тархахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд гадаргуу дээр алмааз төст нүүрстөрөгч (DLC) болон бусад бүрхүүл түрхэж болно.
Цаашилбал, гурав дахь үеийн өргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч материалын төлөөлөл болох цахиурын карбидын дан талст материалууд нь зурвасын завсарын өргөн (Si-ээс ойролцоогоор 3 дахин), өндөр дулаан дамжуулалт (Si-ээс ойролцоогоор 3.3 дахин буюу GaAs-аас 10 дахин), электрон ханалтын өндөр шилжилтийн хурд (Si-ээс ойролцоогоор 2.5 дахин) болон өндөр задаргааны цахилгаан орон (Si-ээс ойролцоогоор 10 дахин буюу GaAs-аас 5 дахин) зэрэг шинж чанартай байдаг. SiC төхөөрөмжүүд нь практик хэрэглээнд уламжлалт хагас дамжуулагч материалын төхөөрөмжийн согогийг нөхөж, аажмаар цахилгаан хагас дамжуулагчдын гол урсгал болж байна.
Өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамикийн эрэлт эрс нэмэгдсэн
Шинжлэх ухаан, технологийн тасралтгүй хөгжлөөр цахиурын карбидын керамикийг хагас дамжуулагчийн салбарт хэрэглэх эрэлт хэрэгцээ эрс нэмэгдэж, өндөр дулаан дамжуулалт нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн эд ангиудад хэрэглэх гол үзүүлэлт юм. Тиймээс өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамикийн судалгааг бэхжүүлэх нь чухал юм. Торны хүчилтөрөгчийн агууламжийг бууруулах, нягтралыг сайжруулах, торны хоёр дахь фазын тархалтыг зохистой зохицуулах нь цахиурын карбидын керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах гол аргууд юм.
Одоогийн байдлаар манай улсад өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамикийн талаарх судалгаа цөөхөн байгаа бөгөөд дэлхийн түвшинтэй харьцуулахад ихээхэн зөрүүтэй хэвээр байна. Ирээдүйн судалгааны чиглэлд дараахь зүйлс орно.
● Цахиурын карбидын керамик нунтаг бэлтгэх үйл явцын судалгааг бэхжүүлэх. Өндөр цэвэршилттэй, бага хүчилтөрөгчтэй цахиурын карбидын нунтаг бэлтгэх нь өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбидын керамик бэлтгэх үндэс суурь болдог;
● Шатах туслах хэрэгслийн сонголт болон холбогдох онолын судалгааг бэхжүүлэх;
●Өндөр зэрэглэлийн хайлуулах тоног төхөөрөмжийн судалгаа, хөгжүүлэлтийг бэхжүүлэх. Боломжийн бичил бүтцийг олж авахын тулд хайлуулах процессыг зохицуулснаар өндөр дулаан дамжуулалттай цахиурын карбид керамик үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай нөхцөл юм.
Цахиурын карбидын керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах арга хэмжээ
SiC керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах гол түлхүүр нь фононы тархалтын давтамжийг бууруулж, фононы дундаж чөлөөт замыг нэмэгдүүлэх явдал юм. SiC керамикийн сүвэрхэг чанар болон ширхэгийн хил хязгаарын нягтралыг бууруулж, SiC ширхэгийн хил хязгаарын цэвэршилтийг сайжруулж, SiC торны хольц эсвэл торны согогийг бууруулж, SiC дахь дулааны урсгалын дамжуулагчийг нэмэгдүүлснээр SiC-ийн дулаан дамжуулалтыг үр дүнтэй сайжруулна. Одоогийн байдлаар SiC керамикийн дулаан дамжуулалтыг сайжруулах гол арга хэмжээ бол хайлуулах хэрэгслийн төрөл, агууламжийг оновчтой болгох, өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийх явдал юм.
1 Шалгууржуулах хэрэгслийн төрөл ба агуулгыг оновчтой болгох
Өндөр дулаан дамжуулалттай SiC керамик бэлтгэх үед янз бүрийн хайлуулах туслахуудыг ихэвчлэн нэмдэг. Тэдгээрийн дотор хайлуулах туслахуудын төрөл ба агууламж нь SiC керамикийн дулаан дамжуулалтад ихээхэн нөлөөлдөг. Жишээлбэл, Al2O3 системийн хайлуулах туслахуудын Al эсвэл O элементүүд нь SiC торонд амархан уусдаг тул хоосон зай, согог үүсдэг бөгөөд энэ нь фононы тархалтын давтамж нэмэгдэхэд хүргэдэг. Үүнээс гадна, хайлуулах туслахуудын агууламж бага байвал материалыг хайлуулах, нягтруулахад хэцүү байдаг бол хайлуулах туслахуудын агууламж өндөр байвал хольц, согог нэмэгдэхэд хүргэдэг. Хэт их шингэн фазын хайлуулах туслахууд нь SiC мөхлөгийн өсөлтийг саатуулж, фононы дундаж чөлөөт замыг бууруулж болзошгүй юм. Тиймээс өндөр дулаан дамжуулалттай SiC керамик бэлтгэхийн тулд хайлуулах туслахуудын агууламжийг аль болох багасгахын зэрэгцээ хайлуулах нягтралын шаардлагыг хангаж, SiC торонд уусахад хэцүү хайлуулах туслахуудыг сонгох шаардлагатай.
*Өөр өөр төрлийн хайлуулах бодис нэмэх үед SiC керамикийн дулааны шинж чанар
Одоогийн байдлаар BeO-г хайлуулах хэрэгсэл болгон халуунаар шахаж гаргаж авсан SiC керамик нь өрөөний температурт хамгийн их дулаан дамжуулах чадвартай (270W·m-1·K-1). Гэсэн хэдий ч BeO нь маш хортой материал бөгөөд хорт хавдар үүсгэдэг тул лаборатори эсвэл үйлдвэрлэлийн салбарт өргөн хэрэглэхэд тохиромжгүй. Y2O3-Al2O3 системийн хамгийн бага эвтектик цэг нь 1760℃ бөгөөд энэ нь SiC керамикийн нийтлэг шингэн фазын хайлуулах хэрэгсэл юм. Гэсэн хэдий ч Al3+ нь SiC торонд амархан уусдаг тул энэ системийг хайлуулах хэрэгсэл болгон ашиглахад SiC керамикийн өрөөний температурт дулаан дамжуулах чадвар 200W·m-1·K-1-ээс бага байдаг.
Y, Sm, Sc, Gd, La зэрэг ховор шороон элементүүд нь SiC торонд амархан уусдаггүй бөгөөд хүчилтөрөгчийн өндөр хамааралтай байдаг тул SiC торны хүчилтөрөгчийн агууламжийг үр дүнтэй бууруулдаг. Тиймээс Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) систем нь өндөр дулаан дамжуулалттай (>200W·m-1·K-1) SiC керамик бэлтгэхэд түгээмэл хэрэглэгддэг хайлуулах туслах хэрэгсэл юм. Y2O3-Sc2O3 системийн хайлуулах туслах хэрэгслийг жишээ болгон авч үзвэл Y3+ ба Si4+-ийн ионы хазайлтын утга их бөгөөд хоёулаа хатуу уусмалд ордоггүй. 1800~2600℃ температурт цэвэр SiC-д Sc-ийн уусах чадвар бага, ойролцоогоор (2~3)×1017атом·см-3 байна.
2 Өндөр температурын дулааны боловсруулалт
SiC керамикийн өндөр температурт дулааны боловсруулалт нь торны согог, мултрал болон үлдэгдэл стрессийг арилгах, зарим аморф материалын талст болж бүтцийн хувирлыг дэмжих, фонон тархалтын нөлөөг сулруулахад тусалдаг. Үүнээс гадна, өндөр температурт дулааны боловсруулалт нь SiC мөхлөгийн өсөлтийг үр дүнтэй дэмжиж, эцэст нь материалын дулааны шинж чанарыг сайжруулж чадна. Жишээлбэл, 1950°C-д өндөр температурт дулааны боловсруулалт хийсний дараа SiC керамикийн дулааны диффузийн коэффициент 83.03мм2·s-1-ээс 89.50мм2·s-1 болж, өрөөний температурт дулаан дамжуулах чадвар 180.94W·m-1·K-1-ээс 192.17W·m-1·K-1 болж нэмэгдсэн. Өндөр температурт дулааны боловсруулалт нь SiC гадаргуу болон торон дээрх хайлуулах туслах бодисын исэлдүүлэх чадварыг үр дүнтэй сайжруулж, SiC мөхлөгүүдийн хоорондох холболтыг илүү нягт болгодог. Өндөр температурт дулааны боловсруулалтын дараа SiC керамикийн өрөөний температурт дулаан дамжуулах чадвар мэдэгдэхүйц сайжирсан.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 10-р сарын 24