Bħalissa,karbur tas-silikon (SiC)huwa materjal taċ-ċeramika konduttiva termalment li qed jiġi studjat b'mod attiv kemm f'pajjiżna kif ukoll barra minn pajjiżna. Il-konduttività termali teoretika tas-SiC hija għolja ħafna, u xi forom tal-kristall jistgħu jilħqu 270W/mK, li diġà hija mexxejja fost il-materjali mhux konduttivi. Pereżempju, l-applikazzjoni tal-konduttività termali tas-SiC tista' tidher fil-materjali tas-sottostrat ta' apparati semikondutturi, materjali taċ-ċeramika b'konduttività termali għolja, ħiters u pjanċi tat-tisħin għall-ipproċessar tas-semikondutturi, materjali tal-kapsuli għall-fjuwil nukleari, u ċrieki tas-siġillar tal-gass għall-pompi tal-kompressur.
Applikazzjoni ta'karbur tas-silikonfil-qasam tas-semikondutturi
Id-diski u l-attrezzaturi tat-tħin huma tagħmir importanti tal-proċess għall-produzzjoni tal-wejfer tas-silikon fl-industrija tas-semikondutturi. Jekk id-diska tat-tħin tkun magħmula minn ħadid fondut jew azzar tal-karbonju, il-ħajja tas-servizz tagħha hija qasira u l-koeffiċjent tal-espansjoni termali tagħha huwa kbir. Matul l-ipproċessar tal-wejfers tas-silikon, speċjalment waqt it-tħin jew il-lustrar b'veloċità għolja, minħabba l-użu u d-deformazzjoni termali tad-diska tat-tħin, il-flatness u l-paralleliżmu tal-wejfer tas-silikon huma diffiċli biex jiġu garantiti. Id-diska tat-tħin magħmula minnċeramika tal-karbur tas-silikongħandu xedd baxx minħabba l-ebusija għolja tiegħu, u l-koeffiċjent ta' espansjoni termali tiegħu huwa bażikament l-istess bħal dak tal-wejfers tas-silikon, għalhekk jista' jiġi mitħun u llustrat b'veloċità għolja.
Barra minn hekk, meta jiġu prodotti l-wejfers tas-silikon, jeħtieġ li jgħaddu minn trattament bis-sħana f'temperatura għolja u ħafna drabi jiġu ttrasportati bl-użu ta' tagħmir tas-silikon karbur. Huma reżistenti għas-sħana u mhux distruttivi. Karbonju simili għad-djamanti (DLC) u kisi ieħor jistgħu jiġu applikati fuq il-wiċċ biex itejbu l-prestazzjoni, itaffu l-ħsara lill-wejfer, u jipprevjenu t-tixrid tal-kontaminazzjoni.
Barra minn hekk, bħala rappreżentant tal-materjali semikondutturi b'bandgap wiesa' tat-tielet ġenerazzjoni, il-materjali tal-kristalli singoli tal-karbur tas-silikon għandhom proprjetajiet bħal wisa' kbira tal-bandgap (madwar 3 darbiet dik ta' Si), konduttività termali għolja (madwar 3.3 darbiet dik ta' Si jew 10 darbiet dik ta' GaAs), rata għolja ta' migrazzjoni ta' saturazzjoni tal-elettroni (madwar 2.5 darbiet dik ta' Si) u kamp elettriku ta' tkissir għoli (madwar 10 darbiet dik ta' Si jew 5 darbiet dik ta' GaAs). L-apparati SiC jikkumpensaw għad-difetti tal-apparati tradizzjonali tal-materjali semikondutturi f'applikazzjonijiet prattiċi u qed isiru gradwalment il-mainstream tas-semikondutturi tal-enerġija.
Id-domanda għal ċeramika tal-karbur tas-silikon b'konduttività termali għolja żdiedet drastikament
Bl-iżvilupp kontinwu tax-xjenza u t-teknoloġija, id-domanda għall-applikazzjoni taċ-ċeramika tal-karbur tas-silikon fil-qasam tas-semikondutturi żdiedet b'mod drammatiku, u l-konduttività termali għolja hija indikatur ewlieni għall-applikazzjoni tagħha fil-komponenti tat-tagħmir tal-manifattura tas-semikondutturi. Għalhekk, huwa kruċjali li tissaħħaħ ir-riċerka dwar iċ-ċeramika tal-karbur tas-silikon b'konduttività termali għolja. It-tnaqqis tal-kontenut ta' ossiġnu tal-kannizzata, it-titjib tad-densità, u r-regolazzjoni raġonevoli tad-distribuzzjoni tat-tieni fażi fil-kannizzata huma l-metodi ewlenin biex tittejjeb il-konduttività termali taċ-ċeramika tal-karbur tas-silikon.
Fil-preżent, hemm ftit studji dwar ċeramika tas-silikon karbur b'konduttività termali għolja f'pajjiżi, u għad hemm differenza kbira meta mqabbla mal-livell dinji. Id-direzzjonijiet futuri tar-riċerka jinkludu:
●Tisħiħ tar-riċerka dwar il-proċess ta' preparazzjoni tat-trab taċ-ċeramika tal-karbur tas-silikon. Il-preparazzjoni ta' trab tal-karbur tas-silikon ta' purità għolja u ossiġnu baxx hija l-bażi għall-preparazzjoni ta' ċeramika tal-karbur tas-silikon b'konduttività termali għolja;
● Tisħiħ tal-għażla ta' għajnuniet għas-sinterizzazzjoni u r-riċerka teoretika relatata;
●Tisħiħ tar-riċerka u l-iżvilupp ta' tagħmir ta' sinterizzazzjoni ta' kwalità għolja. Billi jiġi rregolat il-proċess ta' sinterizzazzjoni biex tinkiseb mikrostruttura raġonevoli, hija kundizzjoni neċessarja biex tinkiseb ċeramika tal-karbur tas-silikon b'konduttività termali għolja.
Miżuri biex tittejjeb il-konduttività termali taċ-ċeramika tal-karbur tas-silikon
Iċ-ċavetta biex tittejjeb il-konduttività termali taċ-ċeramika SiC hija li titnaqqas il-frekwenza tat-tifrix tal-fononi u tiżdied il-mogħdija ħielsa medja tal-fononi. Il-konduttività termali tas-SiC se titjieb b'mod effettiv billi titnaqqas il-porożità u d-densità tal-konfini tal-qamħ taċ-ċeramika SiC, tittejjeb il-purità tal-konfini tal-qamħ tas-SiC, jitnaqqsu l-impuritajiet tal-kannizzata SiC jew id-difetti tal-kannizzata, u tiżdied it-trasportatur tat-trażmissjoni tal-fluss tas-sħana fis-SiC. Fil-preżent, l-ottimizzazzjoni tat-tip u l-kontenut tal-għajnuniet tas-sinterizzazzjoni u t-trattament bis-sħana f'temperatura għolja huma l-miżuri ewlenin biex tittejjeb il-konduttività termali taċ-ċeramika SiC.
① Ottimizzazzjoni tat-tip u l-kontenut tal-għajnuniet għas-sinterizzazzjoni
Diversi għajnuniet għas-sinterizzazzjoni spiss jiżdiedu meta jiġu ppreparati ċeramika SiC b'konduttività termali għolja. Fost dawn, it-tip u l-kontenut tal-għajnuniet għas-sinterizzazzjoni għandhom influwenza kbira fuq il-konduttività termali taċ-ċeramika SiC. Pereżempju, elementi Al jew O fis-sistema Al2O3 tal-għajnuniet għas-sinterizzazzjoni jinħallu faċilment fil-kannizzata SiC, li jirriżulta f'postijiet vojta u difetti, li jwassal għal żieda fil-frekwenza tat-tifrix tal-fononi. Barra minn hekk, jekk il-kontenut tal-għajnuniet għas-sinterizzazzjoni jkun baxx, il-materjal ikun diffiċli biex jiġi sinterizzat u densifikat, filwaqt li kontenut għoli ta' għajnuniet għas-sinterizzazzjoni jwassal għal żieda fl-impuritajiet u d-difetti. Għajnuniet eċċessivi għas-sinterizzazzjoni fil-fażi likwida jistgħu wkoll jinibixxu t-tkabbir tal-qmuħ SiC u jnaqqsu l-mogħdija ħielsa medja tal-fononi. Għalhekk, sabiex tiġi ppreparata ċeramika SiC b'konduttività termali għolja, huwa meħtieġ li jitnaqqas il-kontenut tal-għajnuniet għas-sinterizzazzjoni kemm jista' jkun filwaqt li jintlaħqu r-rekwiżiti tad-densità tas-sinterizzazzjoni, u jippruvaw jagħżlu għajnuniet għas-sinterizzazzjoni li huma diffiċli biex jinħallu fil-kannizzata SiC.
*Proprjetajiet termali taċ-ċeramika SiC meta jiżdiedu għajnuniet differenti għas-sinterizzazzjoni
Bħalissa, iċ-ċeramika SiC ippressata bis-sħana sinterizzata bil-BeO bħala għajnuna għas-sinterizzazzjoni għandha l-konduttività termali massima f'temperatura tal-kamra (270W·m-1·K-1). Madankollu, il-BeO huwa materjal tossiku ħafna u karċinoġeniku, u mhux adattat għal applikazzjoni mifruxa f'laboratorji jew oqsma industrijali. L-aktar punt ewtettiku baxx tas-sistema Y2O3-Al2O3 huwa 1760℃, li huwa għajnuna komuni għas-sinterizzazzjoni f'fażi likwida għaċ-ċeramika SiC. Madankollu, peress li l-Al3+ jinħall faċilment fil-kannizzata SiC, meta din is-sistema tintuża bħala għajnuna għas-sinterizzazzjoni, il-konduttività termali f'temperatura tal-kamra taċ-ċeramika SiC hija inqas minn 200W·m-1·K-1.
Elementi rari tad-dinja bħal Y, Sm, Sc, Gd u La mhumiex faċilment solubbli fil-kannizzata SiC u għandhom affinità għolja għall-ossiġnu, li tista' tnaqqas b'mod effettiv il-kontenut ta' ossiġnu tal-kannizzata SiC. Għalhekk, is-sistema Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) hija għajnuna komuni għas-sinterizzazzjoni għall-preparazzjoni ta' ċeramika SiC b'konduttività termali għolja (>200W·m-1·K-1). Jekk nieħdu l-għajnuna għas-sinterizzazzjoni tas-sistema Y2O3-Sc2O3 bħala eżempju, il-valur tad-devjazzjoni tal-jone ta' Y3+ u Si4+ huwa kbir, u t-tnejn ma jgħaddux minn soluzzjoni solida. Is-solubbiltà ta' Sc f'SiC pur f'1800~2600℃ hija żgħira, madwar (2~3)×1017atomi·cm-3.
② Trattament bis-sħana f'temperatura għolja
It-trattament bis-sħana f'temperatura għolja taċ-ċeramika SiC jgħin biex jiġu eliminati d-difetti tal-kannizzata, id-dislokazzjonijiet u l-istress residwu, jippromwovi t-trasformazzjoni strutturali ta' xi materjali amorfi għal kristalli, u jdgħajjef l-effett tat-tifrix tal-fononi. Barra minn hekk, it-trattament bis-sħana f'temperatura għolja jista' jippromwovi b'mod effettiv it-tkabbir tal-qmuħ SiC, u fl-aħħar mill-aħħar itejjeb il-proprjetajiet termali tal-materjal. Pereżempju, wara trattament bis-sħana f'temperatura għolja f'1950°C, il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali taċ-ċeramika SiC żdied minn 83.03mm2·s-1 għal 89.50mm2·s-1, u l-konduttività termali f'temperatura tal-kamra żdiedet minn 180.94W·m-1·K-1 għal 192.17W·m-1·K-1. It-trattament bis-sħana f'temperatura għolja jtejjeb b'mod effettiv il-kapaċità ta' deossidazzjoni tal-għajnuna tas-sinterizzazzjoni fuq il-wiċċ tas-SiC u l-kannizzata, u jagħmel il-konnessjoni bejn il-qmuħ SiC aktar stretta. Wara trattament bis-sħana f'temperatura għolja, il-konduttività termali f'temperatura tal-kamra taċ-ċeramika SiC tjiebet b'mod sinifikanti.
Ħin tal-posta: 24 ta' Ottubru 2024