குறைக்கடத்தித் துறையில் உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட SiC பீங்கான்களின் தேவையும் பயன்பாடும்

தற்போது,சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)SiC என்பது உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் தீவிரமாக ஆய்வு செய்யப்படும் ஒரு வெப்பக் கடத்தும் பீங்கான் பொருளாகும். SiC-இன் கோட்பாட்டு வெப்பக் கடத்துத்திறன் மிகவும் அதிகமாகும், மேலும் சில படிக வடிவங்கள் 270W/mK-ஐ எட்டக்கூடும், இது ஏற்கனவே மின்கடத்தாப் பொருட்களிலேயே ஒரு முன்னணி இடத்தைப் பிடித்துள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, SiC-இன் வெப்பக் கடத்துத்திறனின் பயன்பாட்டை குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் அடி மூலக்கூறு பொருட்கள், அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட பீங்கான் பொருட்கள், குறைக்கடத்தி செயலாக்கத்திற்கான வெப்பமூட்டிகள் மற்றும் வெப்பமூட்டும் தகடுகள், அணு எரிபொருளுக்கான காப்ஸ்யூல் பொருட்கள் மற்றும் அமுக்கி பம்புகளுக்கான வாயு அடைப்பு வளையங்கள் ஆகியவற்றில் காணலாம்.

பயன்பாடுசிலிக்கான் கார்பைடுகுறைக்கடத்தித் துறையில்

குறைக்கடத்தித் துறையில் சிலிக்கான் வேஃபர் உற்பத்திக்கு அரைக்கும் வட்டுகளும் பொருத்திகளும் முக்கியமான செயல்முறை உபகரணங்களாகும். அரைக்கும் வட்டு வார்ப்பிரும்பு அல்லது கார்பன் எஃகால் செய்யப்பட்டிருந்தால், அதன் ஆயுட்காலம் குறைவாகவும், அதன் வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம் அதிகமாகவும் இருக்கும். சிலிக்கான் வேஃபர்களைப் பதப்படுத்தும் போது, ​​குறிப்பாக அதிவேக அரைத்தல் அல்லது மெருகூட்டலின் போது, ​​அரைக்கும் வட்டின் தேய்மானம் மற்றும் வெப்ப உருமாற்றம் காரணமாக, சிலிக்கான் வேஃபரின் சமதளத்தன்மை மற்றும் இணைகோட்டுத்தன்மையை உறுதி செய்வது கடினமாகிறது. வார்ப்பிரும்பால் செய்யப்பட்ட அரைக்கும் வட்டு...சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்கள்அதன் அதிக கடினத்தன்மை காரணமாக தேய்மானம் குறைவாக உள்ளது, மேலும் அதன் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் அடிப்படையில் சிலிக்கான் வேஃபர்களின் குணகத்தைப் போலவே இருப்பதால், இதை அதிவேகத்தில் அரைக்கவும் மெருகூட்டவும் முடியும்.

மேலும், சிலிக்கான் வேஃபர்கள் உற்பத்தி செய்யப்படும்போது, ​​அவை உயர்-வெப்பநிலை வெப்பச் சிகிச்சைக்கு உட்படுத்தப்பட வேண்டும், மேலும் அவை பெரும்பாலும் சிலிக்கான் கார்பைடு பொருத்துதல்களைப் பயன்படுத்தி கொண்டு செல்லப்படுகின்றன. அவை வெப்பத்தைத் தாங்கக்கூடியவை மற்றும் சேதப்படுத்தாதவை. செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், வேஃபர் சேதத்தைக் குறைக்கவும், மற்றும் மாசு பரவுவதைத் தடுக்கவும், வைரம் போன்ற கார்பன் (DLC) மற்றும் பிற பூச்சுகளை அதன் மேற்பரப்பில் பூசலாம்.

மேலும், மூன்றாம் தலைமுறை அகன்ற பட்டை இடைவெளி குறைக்கடத்திப் பொருட்களின் ஒரு பிரதிநிதியாக, சிலிக்கான் கார்பைடு ஒற்றைப் படிகப் பொருட்கள் பெரிய பட்டை இடைவெளி அகலம் (Si-ஐ விட சுமார் 3 மடங்கு), உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் (Si-ஐ விட சுமார் 3.3 மடங்கு அல்லது GaAs-ஐ விட 10 மடங்கு), உயர் எலக்ட்ரான் செறிவூட்டல் இடப்பெயர்வு விகிதம் (Si-ஐ விட சுமார் 2.5 மடங்கு) மற்றும் உயர் முறிவு மின்புலம் (Si-ஐ விட சுமார் 10 மடங்கு அல்லது GaAs-ஐ விட 5 மடங்கு) போன்ற பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. SiC சாதனங்கள் நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில் பாரம்பரிய குறைக்கடத்திப் பொருள் சாதனங்களின் குறைபாடுகளை ஈடுசெய்கின்றன, மேலும் அவை படிப்படியாக ஆற்றல் குறைக்கடத்திகளின் பிரதான நீரோட்டமாக மாறி வருகின்றன.

அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களுக்கான தேவை பெருமளவில் அதிகரித்துள்ளது.

அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சியால், குறைக்கடத்தித் துறையில் சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களின் பயன்பாட்டிற்கான தேவை பெருமளவில் அதிகரித்துள்ளது. மேலும், குறைக்கடத்தி உற்பத்தி உபகரணக் கூறுகளில் அதன் பயன்பாட்டிற்கு உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் ஒரு முக்கியக் குறியீடாக விளங்குகிறது. எனவே, உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்கள் மீதான ஆராய்ச்சியை வலுப்படுத்துவது இன்றியமையாதது. படிக அமைப்பில் உள்ள ஆக்சிஜன் அளவைக் குறைத்தல், அடர்த்தியை மேம்படுத்துதல், மற்றும் படிக அமைப்பில் உள்ள இரண்டாம் கட்டத்தின் பரவலை முறையாக ஒழுங்குபடுத்துதல் ஆகியவை சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான முக்கிய வழிமுறைகளாகும்.

தற்போது, ​​என் நாட்டில் உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்கள் குறித்த ஆய்வுகள் குறைவாகவே உள்ளன, மேலும் உலகத் தரத்துடன் ஒப்பிடும்போது இன்னும் ஒரு பெரிய இடைவெளி உள்ளது. எதிர்கால ஆராய்ச்சி திசைகள் பின்வருமாறு:
●சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான் தூள் தயாரிப்பு செயல்முறை ஆராய்ச்சியை வலுப்படுத்துதல். உயர் தூய்மை, குறைந்த ஆக்சிஜன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு தூளின் தயாரிப்பு, உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களைத் தயாரிப்பதற்கான அடிப்படையாகும்;
● உருகுதல் துணைப் பொருட்களின் தேர்வு மற்றும் அது தொடர்பான கோட்பாட்டு ஆராய்ச்சியை வலுப்படுத்துதல்;
●உயர்தர சின்டரிங் உபகரணங்களின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டை வலுப்படுத்த வேண்டும். ஒரு பொருத்தமான நுண்கட்டமைப்பைப் பெறுவதற்காக சின்டரிங் செயல்முறையை ஒழுங்குபடுத்துவது, அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களைப் பெறுவதற்கான ஒரு அவசியமான நிபந்தனையாகும்.

சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான நடவடிக்கைகள்

SiC பீங்கான்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான திறவுகோல், ஃபோனான் சிதறல் அதிர்வெண்ணைக் குறைப்பதும், ஃபோனான்களின் சராசரி தடையற்ற பாதையை அதிகரிப்பதும் ஆகும். SiC பீங்கான்களின் நுண்துளைத்தன்மை மற்றும் தானிய எல்லை அடர்த்தியைக் குறைப்பதன் மூலமும், SiC தானிய எல்லைகளின் தூய்மையை மேம்படுத்துவதன் மூலமும், SiC படிகக்கூறு அசுத்தங்கள் அல்லது படிகக்கூறு குறைபாடுகளைக் குறைப்பதன் மூலமும், SiC-இல் வெப்ப ஓட்டப் பரிமாற்றக் கடத்தியை அதிகரிப்பதன் மூலமும் SiC-இன் வெப்பக் கடத்துத்திறன் திறம்பட மேம்படுத்தப்படும். தற்போது, ​​உருகுதல் துணைப் பொருட்களின் வகை மற்றும் உள்ளடக்கத்தை உகந்ததாக்குவதும், உயர்-வெப்பநிலை வெப்பச் சிகிச்சையும் SiC பீங்கான்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான முக்கிய நடவடிக்கைகளாகும்.

① சின்டரிங் துணைப் பொருட்களின் வகை மற்றும் உள்ளடக்கத்தை உகந்ததாக்குதல்

அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட SiC பீங்கான்களைத் தயாரிக்கும்போது, ​​பல்வேறு சின்டரிங் துணைப் பொருட்கள் அடிக்கடி சேர்க்கப்படுகின்றன. அவற்றுள், சின்டரிங் துணைப் பொருட்களின் வகையும் உள்ளடக்கமும் SiC பீங்கான்களின் வெப்பக் கடத்துத்திறனில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, Al2O3 அமைப்பு சின்டரிங் துணைப் பொருட்களில் உள்ள Al அல்லது O தனிமங்கள், SiC படிக அமைப்பில் எளிதில் கரைந்து, வெற்றிடங்களையும் குறைபாடுகளையும் ஏற்படுத்துகின்றன. இது ஃபோனான் சிதறல் அதிர்வெண்ணின் அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது. மேலும், சின்டரிங் துணைப் பொருட்களின் உள்ளடக்கம் குறைவாக இருந்தால், பொருளை சின்டர் செய்வதும் அடர்த்தியாக்குவதும் கடினமாகிறது, அதேசமயம் சின்டரிங் துணைப் பொருட்களின் உள்ளடக்கம் அதிகமாக இருந்தால், அசுத்தங்களும் குறைபாடுகளும் அதிகரிக்கும். அதிகப்படியான திரவ நிலை சின்டரிங் துணைப் பொருட்கள், SiC துகள்களின் வளர்ச்சியைத் தடுக்கவும், ஃபோனான்களின் சராசரி தடையற்ற பாதையைக் குறைக்கவும் கூடும். எனவே, அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட SiC பீங்கான்களைத் தயாரிக்க, உருகுதல் அடர்த்தியின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் அதே வேளையில், உருகுதல் துணைப் பொருட்களின் உள்ளடக்கத்தை முடிந்தவரை குறைப்பதும், SiC படிக அமைப்பில் எளிதில் கரையாத உருகுதல் துணைப் பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுக்க முயற்சிப்பதும் அவசியமாகும்.

பல்வேறு சின்டரிங் துணைப் பொருட்கள் சேர்க்கப்படும்போது SiC பீங்கான்களின் வெப்பப் பண்புகள்

தற்போது, ​​BeO-வை ஒரு சின்டரிங் துணைப் பொருளாகக் கொண்டு சின்டரிங் செய்யப்பட்ட வெப்ப அழுத்தப்பட்ட SiC பீங்கான்கள் அதிகபட்ச அறை வெப்பநிலை வெப்பக் கடத்துத்திறனைக் (270W·m-1·K-1) கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், BeO ஒரு அதிக நச்சுத்தன்மை வாய்ந்த மற்றும் புற்றுநோயை உண்டாக்கும் பொருளாகும், மேலும் இது ஆய்வகங்கள் அல்லது தொழில்துறைத் துறைகளில் பரவலான பயன்பாட்டிற்கு ஏற்றதல்ல. SiC பீங்கான்களுக்கான ஒரு பொதுவான திரவ-கட்ட சின்டரிங் துணைப் பொருளான Y2O3-Al2O3 அமைப்பின் மிகக் குறைந்த யூடெக்டிக் புள்ளி 1760℃ ஆகும். இருப்பினும், Al3+ ஆனது SiC படிக அமைப்பில் எளிதில் கரைந்துவிடுவதால், இந்த அமைப்பு ஒரு சின்டரிங் துணைப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​SiC பீங்கான்களின் அறை வெப்பநிலை வெப்பக் கடத்துத்திறன் 200W·m-1·K-1-ஐ விடக் குறைவாக உள்ளது.

Y, Sm, Sc, Gd மற்றும் La போன்ற அரிய பூமித் தனிமங்கள் SiC படிக அமைப்பில் எளிதில் கரையாது மற்றும் அதிக ஆக்சிஜன் ஈர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன, இது SiC படிக அமைப்பின் ஆக்சிஜன் உள்ளடக்கத்தை திறம்பட குறைக்க முடியும். எனவே, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) அமைப்பு, அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் (>200W·m-1·K-1) கொண்ட SiC பீங்கான்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு பொதுவான உருகுதல் துணைப் பொருளாகும். Y2O3-Sc2O3 அமைப்பு உருகுதல் துணைப் பொருளை உதாரணமாக எடுத்துக் கொண்டால், Y3+ மற்றும் Si4+ ஆகியவற்றின் அயனி விலகல் மதிப்பு அதிகமாக உள்ளது, மேலும் இரண்டும் திடக் கரைசல் நிலைக்கு உட்படுவதில்லை. 1800~2600℃ வெப்பநிலையில் தூய SiC-இல் Sc-இன் கரைதிறன் குறைவாக, சுமார் (2~3)×1017 அணுக்கள்·செ.மீ-3 ஆக உள்ளது.

② உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சை

SiC பீங்கான்களின் உயர் வெப்பநிலை வெப்பச் செயலாக்கம், படிகக் குறைபாடுகள், இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் எஞ்சிய அழுத்தங்களை நீக்குவதற்கும், சில படிகமற்ற பொருட்களின் கட்டமைப்பு மாற்றத்தை படிகங்களாக ஊக்குவிப்பதற்கும், மற்றும் ஃபோனான் சிதறல் விளைவைக் குறைப்பதற்கும் உகந்ததாக உள்ளது. கூடுதலாக, உயர் வெப்பநிலை வெப்பச் செயலாக்கம் SiC துகள்களின் வளர்ச்சியை திறம்பட ஊக்குவித்து, இறுதியில் பொருளின் வெப்பப் பண்புகளை மேம்படுத்துகிறது. உதாரணமாக, 1950°C உயர் வெப்பநிலை வெப்பச் செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு, SiC பீங்கான்களின் வெப்பப் பரவல் குணகம் 83.03mm²·s⁻¹ இலிருந்து 89.50mm²·s⁻¹ ஆகவும், அறை வெப்பநிலை வெப்பக் கடத்துத்திறன் 180.94W·m⁻¹·K⁻¹ இலிருந்து 192.17W·m⁻¹·K⁻¹ ஆகவும் அதிகரித்தது. உயர் வெப்பநிலை வெப்பச் செயலாக்கம், SiC மேற்பரப்பு மற்றும் படிக அமைப்பில் உள்ள சின்டரிங் துணைப்பொருளின் ஆக்சிஜன் நீக்கும் திறனை திறம்பட மேம்படுத்துகிறது, மேலும் SiC துகள்களுக்கு இடையேயான இணைப்பை இறுக்கமாக்குகிறது. உயர் வெப்பநிலை வெப்பச் சிகிச்சைக்குப் பிறகு, SiC பீங்கான்களின் அறை வெப்பநிலை வெப்பக் கடத்துத்திறன் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது.