குறைக்கடத்தி துறையில் உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன் SiC மட்பாண்டங்களின் தேவை மற்றும் பயன்பாடு

தற்போது,சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் தீவிரமாக ஆய்வு செய்யப்படும் ஒரு வெப்பக் கடத்தும் பீங்கான் பொருள். SiC இன் கோட்பாட்டு வெப்பக் கடத்துத்திறன் மிக அதிகமாக உள்ளது, மேலும் சில படிக வடிவங்கள் 270W/mK ஐ அடையலாம், இது ஏற்கனவே கடத்தாத பொருட்களில் முன்னணியில் உள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் அடி மூலக்கூறு பொருட்கள், உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் பீங்கான் பொருட்கள், குறைக்கடத்தி செயலாக்கத்திற்கான ஹீட்டர்கள் மற்றும் வெப்பமூட்டும் தகடுகள், அணு எரிபொருளுக்கான காப்ஸ்யூல் பொருட்கள் மற்றும் அமுக்கி பம்புகளுக்கான எரிவாயு சீல் வளையங்கள் ஆகியவற்றில் SiC வெப்பக் கடத்துத்திறனின் பயன்பாட்டைக் காணலாம்.

பயன்பாடுசிலிக்கான் கார்பைடுகுறைக்கடத்தி புலத்தில்

அரைக்கும் வட்டுகள் மற்றும் சாதனங்கள் குறைக்கடத்தித் தொழிலில் சிலிக்கான் வேஃபர் உற்பத்திக்கு முக்கியமான செயல்முறை உபகரணங்களாகும். அரைக்கும் வட்டு வார்ப்பிரும்பு அல்லது கார்பன் எஃகு மூலம் செய்யப்பட்டால், அதன் சேவை வாழ்க்கை குறுகியதாகவும், அதன் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் அதிகமாகவும் இருக்கும். சிலிக்கான் வேஃபர்களை செயலாக்கும்போது, ​​குறிப்பாக அதிவேக அரைக்கும் அல்லது மெருகூட்டும்போது, ​​அரைக்கும் வட்டின் தேய்மானம் மற்றும் வெப்ப சிதைவு காரணமாக, சிலிக்கான் வேஃபரின் தட்டையான தன்மை மற்றும் இணையான தன்மையை உறுதி செய்வது கடினம்.சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்கள்அதன் அதிக கடினத்தன்மை காரணமாக குறைந்த தேய்மானத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதன் வெப்ப விரிவாக்க குணகம் அடிப்படையில் சிலிக்கான் செதில்களைப் போலவே உள்ளது, எனவே இதை அதிக வேகத்தில் அரைத்து மெருகூட்டலாம்.

கூடுதலாக, சிலிக்கான் வேஃபர்கள் உற்பத்தி செய்யப்படும்போது, ​​அவை அதிக வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சைக்கு உட்படுத்தப்பட வேண்டும், மேலும் அவை பெரும்பாலும் சிலிக்கான் கார்பைடு பொருத்துதல்களைப் பயன்படுத்தி கொண்டு செல்லப்படுகின்றன. அவை வெப்பத்தை எதிர்க்கும் மற்றும் அழிவில்லாதவை. வைரம் போன்ற கார்பன் (DLC) மற்றும் பிற பூச்சுகளை மேற்பரப்பில் பூசலாம், இது செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், வேஃபர் சேதத்தைத் தணிக்கவும், மாசுபாடு பரவுவதைத் தடுக்கவும் உதவும்.

மேலும், மூன்றாம் தலைமுறை அகல-அலை இடைவெளி குறைக்கடத்தி பொருட்களின் பிரதிநிதியாக, சிலிக்கான் கார்பைடு ஒற்றை படிக பொருட்கள் பெரிய பட்டை இடைவெளி அகலம் (Si ஐ விட சுமார் 3 மடங்கு), அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் (Si ஐ விட சுமார் 3.3 மடங்கு அல்லது GaA களை விட சுமார் 10 மடங்கு), அதிக எலக்ட்ரான் செறிவூட்டல் இடம்பெயர்வு விகிதம் (Si ஐ விட சுமார் 2.5 மடங்கு) மற்றும் அதிக முறிவு மின் புலம் (Si ஐ விட சுமார் 10 மடங்கு அல்லது GaA களை விட 5 மடங்கு) போன்ற பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. SiC சாதனங்கள் நடைமுறை பயன்பாடுகளில் பாரம்பரிய குறைக்கடத்தி பொருள் சாதனங்களின் குறைபாடுகளை ஈடுசெய்கின்றன மற்றும் படிப்படியாக மின் குறைக்கடத்திகளின் முக்கிய நீரோட்டமாக மாறி வருகின்றன.

அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களுக்கான தேவை வியத்தகு அளவில் அதிகரித்துள்ளது.

அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சியுடன், குறைக்கடத்தி துறையில் சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான தேவை வியத்தகு அளவில் அதிகரித்துள்ளது, மேலும் குறைக்கடத்தி உற்பத்தி உபகரண கூறுகளில் அதன் பயன்பாட்டிற்கு அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் ஒரு முக்கிய குறிகாட்டியாகும். எனவே, அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சியை வலுப்படுத்துவது மிகவும் முக்கியமானது. லட்டு ஆக்ஸிஜன் உள்ளடக்கத்தைக் குறைத்தல், அடர்த்தியை மேம்படுத்துதல் மற்றும் லட்டியில் இரண்டாம் கட்டத்தின் விநியோகத்தை நியாயமான முறையில் ஒழுங்குபடுத்துதல் ஆகியவை சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான முக்கிய முறைகள் ஆகும்.

தற்போது, ​​என் நாட்டில் அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்கள் குறித்த ஆய்வுகள் மிகக் குறைவு, மேலும் உலக அளவில் ஒப்பிடும்போது இன்னும் பெரிய இடைவெளி உள்ளது. எதிர்கால ஆராய்ச்சி திசைகளில் பின்வருவன அடங்கும்:
●சிலிக்கான் கார்பைடு பீங்கான் பொடியின் தயாரிப்பு செயல்முறை ஆராய்ச்சியை வலுப்படுத்துதல். அதிக தூய்மை, குறைந்த ஆக்ஸிஜன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு பொடியைத் தயாரிப்பது அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களைத் தயாரிப்பதற்கான அடிப்படையாகும்;
● சின்டரிங் எய்ட்ஸ் மற்றும் தொடர்புடைய தத்துவார்த்த ஆராய்ச்சியின் தேர்வை வலுப்படுத்துதல்;
●உயர்நிலை சின்டரிங் கருவிகளின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டை வலுப்படுத்துதல். நியாயமான நுண் கட்டமைப்பைப் பெறுவதற்கு சின்டரிங் செயல்முறையை ஒழுங்குபடுத்துவதன் மூலம், அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களைப் பெறுவது அவசியமான நிபந்தனையாகும்.

சிலிக்கான் கார்பைடு மட்பாண்டங்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான நடவடிக்கைகள்

SiC மட்பாண்டங்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான திறவுகோல், ஃபோனான் சிதறல் அதிர்வெண்ணைக் குறைப்பதும், ஃபோனான் சராசரி இல்லாத பாதையை அதிகரிப்பதும் ஆகும். SiC மட்பாண்டங்களின் போரோசிட்டி மற்றும் தானிய எல்லை அடர்த்தியைக் குறைப்பதன் மூலமும், SiC தானிய எல்லைகளின் தூய்மையை மேம்படுத்துவதன் மூலமும், SiC லட்டு அசுத்தங்கள் அல்லது லட்டு குறைபாடுகளைக் குறைப்பதன் மூலமும், SiC இல் வெப்ப ஓட்ட பரிமாற்ற கேரியரை அதிகரிப்பதன் மூலமும் SiC இன் வெப்ப கடத்துத்திறன் திறம்பட மேம்படுத்தப்படும். தற்போது, ​​சின்டரிங் எய்ட்களின் வகை மற்றும் உள்ளடக்கத்தை மேம்படுத்துதல் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சை ஆகியவை SiC மட்பாண்டங்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான முக்கிய நடவடிக்கைகளாகும்.

① சின்டரிங் எய்ட்ஸின் வகை மற்றும் உள்ளடக்கத்தை மேம்படுத்துதல்

அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட SiC மட்பாண்டங்களைத் தயாரிக்கும்போது பல்வேறு சின்டரிங் உதவிகள் பெரும்பாலும் சேர்க்கப்படுகின்றன. அவற்றில், சின்டரிங் உதவிகளின் வகை மற்றும் உள்ளடக்கம் SiC மட்பாண்டங்களின் வெப்ப கடத்துத்திறனில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, Al2O3 அமைப்பு சின்டரிங் உதவிகளில் உள்ள Al அல்லது O கூறுகள் SiC லட்டியில் எளிதில் கரைக்கப்படுகின்றன, இதன் விளைவாக காலியிடங்கள் மற்றும் குறைபாடுகள் ஏற்படுகின்றன, இது ஃபோனான் சிதறல் அதிர்வெண் அதிகரிக்க வழிவகுக்கிறது. கூடுதலாக, சின்டரிங் உதவிகளின் உள்ளடக்கம் குறைவாக இருந்தால், பொருள் சின்டர் மற்றும் அடர்த்தியாக்குவது கடினம், அதே நேரத்தில் சின்டரிங் உதவிகளின் அதிக உள்ளடக்கம் அசுத்தங்கள் மற்றும் குறைபாடுகளை அதிகரிக்க வழிவகுக்கும். அதிகப்படியான திரவ கட்ட சின்டரிங் உதவிகள் SiC தானியங்களின் வளர்ச்சியைத் தடுக்கலாம் மற்றும் ஃபோனான்களின் சராசரி இலவச பாதையைக் குறைக்கலாம். எனவே, அதிக வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட SiC மட்பாண்டங்களைத் தயாரிக்க, சின்டரிங் அடர்த்தியின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் போது சின்டரிங் உதவிகளின் உள்ளடக்கத்தை முடிந்தவரை குறைக்க வேண்டியது அவசியம், மேலும் SiC லட்டியில் கரைக்க கடினமாக இருக்கும் சின்டரிங் உதவிகளைத் தேர்வுசெய்ய முயற்சிக்கவும்.

*வெவ்வேறு சின்டரிங் எய்டுகள் சேர்க்கப்படும்போது SiC மட்பாண்டங்களின் வெப்ப பண்புகள்.

தற்போது, ​​BeO ஐ சின்டரிங் உதவியாகக் கொண்டு சின்டர் செய்யப்பட்ட சூடான அழுத்தப்பட்ட SiC மட்பாண்டங்கள் அதிகபட்ச அறை-வெப்பநிலை வெப்ப கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளன (270W·m-1·K-1). இருப்பினும், BeO ஒரு அதிக நச்சுப் பொருள் மற்றும் புற்றுநோயை உண்டாக்கும் பொருள், மேலும் இது ஆய்வகங்கள் அல்லது தொழில்துறை துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்த ஏற்றதல்ல. Y2O3-Al2O3 அமைப்பின் மிகக் குறைந்த யூடெக்டிக் புள்ளி 1760℃ ஆகும், இது SiC மட்பாண்டங்களுக்கான பொதுவான திரவ-கட்ட சின்டரிங் உதவியாகும். இருப்பினும், Al3+ எளிதில் SiC லேட்டிஸில் கரைக்கப்படுவதால், இந்த அமைப்பு சின்டரிங் உதவியாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​SiC மட்பாண்டங்களின் அறை-வெப்பநிலை வெப்ப கடத்துத்திறன் 200W·m-1·K-1 ஐ விடக் குறைவாக உள்ளது.

Y, Sm, Sc, Gd மற்றும் La போன்ற அரிய பூமி தனிமங்கள் SiC லேட்டிஸில் எளிதில் கரையக்கூடியவை அல்ல, மேலும் அதிக ஆக்ஸிஜன் ஈடுபாட்டைக் கொண்டுள்ளன, இது SiC லேட்டிஸின் ஆக்ஸிஜன் உள்ளடக்கத்தை திறம்படக் குறைக்கும். எனவே, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) அமைப்பு என்பது உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன் (>200W·m-1·K-1) SiC மட்பாண்டங்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு பொதுவான சின்டரிங் உதவியாகும். Y2O3-Sc2O3 அமைப்பு சின்டரிங் உதவியை உதாரணமாக எடுத்துக் கொண்டால், Y3+ மற்றும் Si4+ இன் அயனி விலகல் மதிப்பு பெரியது, மேலும் இரண்டும் திடமான கரைசலுக்கு உட்படுவதில்லை. 1800~2600℃ இல் தூய SiC இல் Sc இன் கரைதிறன் சிறியது, சுமார் (2~3)×1017atoms·cm-3.

② அதிக வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சை

SiC மட்பாண்டங்களின் உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சையானது, லட்டு குறைபாடுகள், இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் எஞ்சிய அழுத்தங்களை நீக்குவதற்கும், சில உருவமற்ற பொருட்களை படிகங்களாக மாற்றுவதற்கும், ஃபோனான் சிதறல் விளைவை பலவீனப்படுத்துவதற்கும் உகந்ததாகும். கூடுதலாக, உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சையானது SiC தானியங்களின் வளர்ச்சியை திறம்பட ஊக்குவிக்கும், மேலும் இறுதியில் பொருளின் வெப்ப பண்புகளை மேம்படுத்தும். எடுத்துக்காட்டாக, 1950°C இல் உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சைக்குப் பிறகு, SiC மட்பாண்டங்களின் வெப்ப பரவல் குணகம் 83.03mm2·s-1 இலிருந்து 89.50mm2·s-1 ஆகவும், அறை-வெப்பநிலை வெப்ப கடத்துத்திறன் 180.94W·m-1·K-1 இலிருந்து 192.17W·m-1·K-1 ஆகவும் அதிகரித்தது. உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சையானது SiC மேற்பரப்பு மற்றும் லட்டியில் உள்ள சின்டரிங் உதவியின் ஆக்ஸிஜனேற்ற திறனை திறம்பட மேம்படுத்துகிறது, மேலும் SiC தானியங்களுக்கு இடையிலான இணைப்பை இறுக்கமாக்குகிறது. உயர் வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சைக்குப் பிறகு, SiC மட்பாண்டங்களின் அறை-வெப்பநிலை வெப்ப கடத்துத்திறன் கணிசமாக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது.