Hivi sasa,kabidi ya silikoni (SiC)ni nyenzo ya kauri inayopitisha joto ambayo inasomwa kikamilifu nyumbani na nje ya nchi. Upitishaji joto wa kinadharia wa SiC ni wa juu sana, na baadhi ya aina za fuwele zinaweza kufikia 270W/mK, ambayo tayari ni kiongozi kati ya vifaa visivyopitisha joto. Kwa mfano, matumizi ya upitishaji joto wa SiC yanaweza kuonekana katika nyenzo za msingi za vifaa vya semiconductor, vifaa vya kauri vinavyopitisha joto kwa wingi, hita na sahani za kupasha joto kwa ajili ya usindikaji wa semiconductor, vifaa vya kapsuli kwa ajili ya mafuta ya nyuklia, na pete za kuziba gesi kwa pampu za compressor.
Matumizi yakabidi ya silikonikatika uwanja wa semiconductor
Diski na vifaa vya kusaga ni vifaa muhimu vya mchakato kwa ajili ya uzalishaji wa wafer wa silicon katika tasnia ya nusu-semiconductor. Ikiwa diski ya kusaga imetengenezwa kwa chuma cha kutupwa au chuma cha kaboni, maisha yake ya huduma ni mafupi na mgawo wake wa upanuzi wa joto ni mkubwa. Wakati wa usindikaji wa wafer wa silicon, haswa wakati wa kusaga au kung'arisha kwa kasi ya juu, kutokana na uchakavu na mabadiliko ya joto ya diski ya kusaga, ulalo na usawa wa wafer wa silicon ni vigumu kuhakikisha. Diski ya kusaga imetengenezwa kwakauri za kabonidi za silikoniIna uchakavu mdogo kutokana na ugumu wake mkubwa, na mgawo wake wa upanuzi wa joto kimsingi ni sawa na ule wa wafers za silikoni, kwa hivyo inaweza kusagwa na kung'arishwa kwa kasi ya juu.
Zaidi ya hayo, wakati wafer za silikoni zinapotengenezwa, zinahitaji kufanyiwa matibabu ya joto la juu na mara nyingi husafirishwa kwa kutumia vifaa vya silikoni vya kabidi. Haziwezi kuathiriwa na joto na haziharibiki. Kaboni kama almasi (DLC) na mipako mingine inaweza kutumika juu ya uso ili kuongeza utendaji, kupunguza uharibifu wa wafer, na kuzuia uchafuzi kuenea.
Zaidi ya hayo, kama mwakilishi wa vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu vya bendi pana, vifaa vya fuwele moja vya silikoni karabidi vina sifa kama vile upana mkubwa wa bendi (karibu mara 3 ya Si), upitishaji joto wa juu (karibu mara 3.3 ya Si au mara 10 ya GaAs), kiwango cha juu cha uhamishaji wa elektroni (karibu mara 2.5 ya Si) na uwanja wa umeme ulioharibika sana (karibu mara 10 ya Si au mara 5 ya GaAs). Vifaa vya SiC hufidia kasoro za vifaa vya kawaida vya semiconductor katika matumizi ya vitendo na polepole vinakuwa sehemu kuu ya semiconductors za nguvu.
Mahitaji ya kauri za silicon carbide zenye upitishaji joto mwingi yameongezeka sana
Kwa maendeleo endelevu ya sayansi na teknolojia, mahitaji ya matumizi ya kauri za silicon carbide katika uwanja wa semiconductor yameongezeka sana, na upitishaji wa joto la juu ni kiashiria muhimu cha matumizi yake katika vipengele vya vifaa vya utengenezaji wa semiconductor. Kwa hivyo, ni muhimu kuimarisha utafiti kuhusu upitishaji wa joto la juu kauri za silicon carbide. Kupunguza kiwango cha oksijeni kimiani, kuboresha msongamano, na kudhibiti kwa kiasi kikubwa usambazaji wa awamu ya pili katika kimiani ni njia kuu za kuboresha upitishaji wa joto wa kauri za silicon carbide.
Kwa sasa, kuna tafiti chache kuhusu kauri za silikoni zenye upitishaji joto mwingi katika nchi yangu, na bado kuna pengo kubwa ikilinganishwa na kiwango cha dunia. Maelekezo ya utafiti wa siku zijazo ni pamoja na:
●Imarisha utafiti wa mchakato wa utayarishaji wa unga wa kauri wa silicon carbide. Utayarishaji wa unga wa silicon carbide wenye usafi wa juu na oksijeni kidogo ndio msingi wa utayarishaji wa kauri za silicon carbide zenye upitishaji wa joto la juu;
● Kuimarisha uteuzi wa vifaa vya kuchomea na utafiti wa kinadharia unaohusiana;
●Imarisha utafiti na maendeleo ya vifaa vya hali ya juu vya kuchuja. Kwa kudhibiti mchakato wa kuchuja ili kupata muundo mdogo unaofaa, ni sharti muhimu ili kupata kauri za silicon carbide zenye upitishaji wa joto mwingi.
Hatua za kuboresha upitishaji joto wa kauri za karbidi ya silikoni
Ufunguo wa kuboresha upitishaji joto wa kauri za SiC ni kupunguza masafa ya kutawanyika kwa fononi na kuongeza njia huru ya wastani ya fononi. Upitishaji joto wa SiC utaboreshwa kwa ufanisi kwa kupunguza unyeti na msongamano wa mpaka wa nafaka wa kauri za SiC, kuboresha usafi wa mipaka ya nafaka za SiC, kupunguza uchafu wa kimiani ya SiC au kasoro za kimiani, na kuongeza kibebaji cha upitishaji joto katika SiC. Kwa sasa, kuboresha aina na kiwango cha vifaa vya kuchomwa na matibabu ya joto ya halijoto ya juu ndio hatua kuu za kuboresha upitishaji joto wa kauri za SiC.
① Kuboresha aina na maudhui ya vifaa vya kuchuja
Vifaa mbalimbali vya kusainisha mara nyingi huongezwa wakati wa kuandaa kauri za SiC zenye upitishaji joto mwingi. Miongoni mwao, aina na kiwango cha vifaa vya kusainisha vina ushawishi mkubwa kwenye upitishaji joto wa kauri za SiC. Kwa mfano, vipengele vya Al au O katika vifaa vya kusainisha mfumo wa Al2O3 huyeyushwa kwa urahisi kwenye kimiani ya SiC, na kusababisha nafasi wazi na kasoro, ambayo husababisha ongezeko la masafa ya kutawanyika kwa fononi. Kwa kuongezea, ikiwa kiwango cha vifaa vya kusainisha ni kidogo, nyenzo ni ngumu kusainisha na kuzidisha, huku kiwango cha juu cha vifaa vya kusainisha kitasababisha ongezeko la uchafu na kasoro. Vifaa vingi vya kusainisha awamu ya kioevu vinaweza pia kuzuia ukuaji wa chembe za SiC na kupunguza njia ya wastani ya bure ya fononi. Kwa hivyo, ili kuandaa kauri za SiC zenye upitishaji joto mwingi, ni muhimu kupunguza kiwango cha vifaa vya kusainisha iwezekanavyo huku ikikidhi mahitaji ya msongamano wa kusainisha, na kujaribu kuchagua vifaa vya kusainisha ambavyo ni vigumu kuyeyuka kwenye kimiani ya SiC.
*Sifa za joto za kauri za SiC wakati vifaa tofauti vya kuchomea vinapoongezwa
Hivi sasa, kauri za SiC zilizoshinikizwa kwa moto zilizochomwa na BeO kama msaada wa kuchomwa moto zina upitishaji joto wa juu zaidi wa joto la chumba (270W·m-1·K-1). Hata hivyo, BeO ni nyenzo yenye sumu kali na husababisha kansa, na haifai kutumika sana katika maabara au nyanja za viwanda. Sehemu ya chini kabisa ya mfumo wa Y2O3-Al2O3 ni 1760℃, ambayo ni msaada wa kawaida wa kuchomwa moto wa awamu ya kioevu kwa kauri za SiC. Hata hivyo, kwa kuwa Al3+ huyeyuka kwa urahisi kwenye kimiani ya SiC, mfumo huu unapotumika kama msaada wa kuchomwa moto, upitishaji joto wa joto la chumba wa kauri za SiC ni chini ya 200W·m-1·K-1.
Vipengele adimu vya ardhini kama vile Y, Sm, Sc, Gd na La haviyeyuki kwa urahisi kwenye kimiani ya SiC na vina mshikamano mkubwa wa oksijeni, ambayo inaweza kupunguza kwa ufanisi kiwango cha oksijeni kwenye kimiani ya SiC. Kwa hivyo, mfumo wa Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) ni msaada wa kawaida wa kuchuja kwa ajili ya kuandaa upitishaji wa joto la juu (>200W·m-1·K-1) kauri za SiC. Kwa kuchukua mfano wa usaidizi wa kuchuja wa mfumo wa Y2O3-Sc2O3, thamani ya kupotoka kwa ioni ya Y3+ na Si4+ ni kubwa, na hizo mbili hazipitii suluhisho thabiti. Umumunyifu wa Sc katika SiC safi kwa 1800~2600℃ ni mdogo, takriban (2~3)×1017atomu·cm-3.
② Matibabu ya joto la juu
Matibabu ya joto kali ya kauri za SiC yanafaa katika kuondoa kasoro za kimiani, kutengana na mikazo iliyobaki, na kukuza mabadiliko ya kimuundo ya baadhi ya vifaa visivyo na umbo kuwa fuwele, na kudhoofisha athari ya kutawanyika kwa fononi. Kwa kuongezea, matibabu ya joto kali yanaweza kukuza ukuaji wa chembe za SiC kwa ufanisi, na hatimaye kuboresha sifa za joto za nyenzo. Kwa mfano, baada ya matibabu ya joto kali katika 1950°C, mgawo wa usambazaji wa joto wa kauri za SiC uliongezeka kutoka 83.03mm2·s-1 hadi 89.50mm2·s-1, na upitishaji joto wa joto la chumba uliongezeka kutoka 180.94W·m-1·K-1 hadi 192.17W·m-1·K-1. Matibabu ya joto kali huboresha kwa ufanisi uwezo wa kuondoa oksidi wa usaidizi wa kuunguza kwenye uso wa SiC na kimiani, na hufanya uhusiano kati ya chembe za SiC kuwa mgumu zaidi. Baada ya matibabu ya joto kali, upitishaji joto wa joto la chumba wa kauri za SiC umeboreshwa kwa kiasi kikubwa.
Muda wa chapisho: Oktoba-24-2024