Айни замон,карбиди кремний (SiC)як маводи сафолии гармигузаронанда аст, ки дар дохил ва хориҷи кишвар фаъолона омӯхта мешавад. Ноқилияти назарии гармигузаронии SiC хеле баланд аст ва баъзе шаклҳои булӯрӣ метавонанд ба 270 Вт/мК расанд, ки аллакай дар байни маводҳои ғайриноқил пешсаф аст. Масалан, татбиқи ноқилияти гармигузаронии SiC-ро дар маводҳои зеризаминии дастгоҳҳои нимноқил, маводҳои сафолии гармигузаронии баланди барқ, гармкунакҳо ва плитаҳои гармидиҳӣ барои коркарди нимноқилҳо, маводҳои капсула барои сӯзишвории ҳастаӣ ва ҳалқаҳои мӯҳркунии газ барои насосҳои компрессорӣ дидан мумкин аст.
Татбиқикарбиди кремнийдар соҳаи нимноқилҳо
Дискҳо ва асбобҳои суфтакунӣ таҷҳизоти муҳими технологӣ барои истеҳсоли пластинаҳои кремний дар саноати нимноқилҳо мебошанд. Агар диски суфтакунӣ аз оҳани рехтагарӣ ё пӯлоди карбонӣ сохта шуда бошад, мӯҳлати хизмати он кӯтоҳ ва коэффитсиенти васеъшавии гармии он калон аст. Ҳангоми коркарди пластинаҳои кремний, махсусан ҳангоми суфтакунӣ ё сайқалдиҳии суръати баланд, аз сабаби фарсудашавӣ ва деформатсияи гармии диски суфтакунӣ, кафолат додани ҳамворӣ ва параллелии пластинаҳои кремний душвор аст. Диски суфтакунӣ аз...керамикаи карбидии кремнийаз сабаби сахтии баланди худ фарсудашавии паст дорад ва коэффитсиенти васеъшавии гармии он асосан бо коэффитсиенти пластинаҳои кремний якхела аст, аз ин рӯ онро бо суръати баланд орд кардан ва сайқал додан мумкин аст.
Илова бар ин, ҳангоми истеҳсоли пластинаҳои кремний, онҳо бояд бо гармии баланд коркард карда шаванд ва аксар вақт бо истифода аз арматураҳои карбиди кремний интиқол дода мешаванд. Онҳо ба гармӣ тобовар ва вайроннашаванда мебошанд. Карбони монанд ба алмос (DLC) ва дигар рӯйпӯшҳоро метавон ба рӯи онҳо истифода бурд, то самаранокиро беҳтар созад, осеби пластинаро кам кунад ва аз паҳншавии ифлосшавӣ пешгирӣ кунад.
Ғайр аз ин, ҳамчун намояндаи маводҳои нимноқилҳои насли сеюм бо фосилаи васеи банд, маводҳои яккристаллии карбиди кремний дорои хосиятҳо ба монанди паҳнои банди калон (тақрибан 3 маротиба нисбат ба Si), гузаронандагии баланди гармӣ (тақрибан 3,3 маротиба нисбат ба Si ё 10 маротиба нисбат ба GaAs), суръати баланди мигратсияи сершавии электронҳо (тақрибан 2,5 маротиба нисбат ба Si) ва майдони электрикии вайроншавии баланд (тақрибан 10 маротиба нисбат ба Si ё 5 маротиба нисбат ба GaAs) мебошанд. Дастгоҳҳои SiC камбудиҳои дастгоҳҳои анъанавии маводи нимноқилро дар татбиқи амалӣ ҷуброн мекунанд ва тадриҷан ба ҷараёни асосии нимноқилҳои пурқувват табдил меёбанд.
Талабот ба керамикаи карбидии кремний бо гузаронандагии гармии баланд ба таври назаррас афзоиш ёфт
Бо рушди пайвастаи илм ва технология, талабот ба истифодаи сафолҳои карбиди кремний дар соҳаи нимноқилҳо ба таври назаррас афзоиш ёфтааст ва гузаронандагии баланди гармӣ нишондиҳандаи калидии истифодаи он дар ҷузъҳои таҷҳизоти истеҳсоли нимноқилҳо мебошад. Аз ин рӯ, тақвияти таҳқиқот дар бораи гузаронандагии баланди гармии сафолҳои карбиди кремний хеле муҳим аст. Кам кардани миқдори оксиген дар шабака, беҳтар кардани зичӣ ва танзими оқилонаи тақсимоти фазаи дуюм дар шабака усулҳои асосии беҳтар кардани гузаронандагии гармии сафолҳои карбиди кремний мебошанд.
Дар айни замон, дар кишвари ман таҳқиқоти кам оид ба керамикаи карбиди кремний бо гузаронандагии гармии баланд мавҷуданд ва дар муқоиса бо сатҳи ҷаҳонӣ фарқияти калон вуҷуд дорад. Самтҳои таҳқиқоти оянда инҳоянд:
●Такмили раванди тайёр кардани хокаи сафолии карбиди кремний. Тайёр кардани хокаи карбиди кремнийи дорои тозагии баланд ва оксигени кам асоси тайёр кардани сафолии карбидии кремнийи дорои гармигузаронии баланд мебошад;
● Интихоби воситаҳои ёрирасони сӯзишворӣ ва таҳқиқоти назариявии марбут ба онро тақвият диҳед;
●Таҳқиқот ва таҳияи таҷҳизоти синтеризатсияи баландсифатро тақвият диҳед. Бо танзими раванди синтеризатсия барои ба даст овардани сохтори микромодулӣ, шарти зарурӣ барои ба даст овардани керамикаи карбиди кремний бо гузаронандагии гармии баланд мебошад.
Тадбирҳо барои беҳтар кардани гузариши гармии керамикаи карбидии кремний
Калиди беҳтар кардани гузаронандагии гармии сафолҳои SiC кам кардани басомади парокандагии фонон ва зиёд кардани масири миёнаи озоди фонон мебошад. Гузарандагии гармии SiC тавассути кам кардани сӯрохӣ ва зичии сарҳадии донаҳои сафолҳои SiC, беҳтар кардани тозагии сарҳадҳои донаҳои SiC, кам кардани ифлосӣ ё нуқсонҳои шабакавии SiC ва зиёд кардани интиқолдиҳандаи ҷараёни гармӣ дар SiC самаранок беҳтар карда мешавад. Дар айни замон, беҳтар кардани намуд ва миқдори ёрирасони пухтакунӣ ва коркарди гармии ҳарорати баланд чораҳои асосии беҳтар кардани гузаронандагии гармии сафолҳои SiC мебошанд.
① Беҳтар кардани намуд ва мундариҷаи ёрирасонҳои синтерӣ
Ҳангоми тайёр кардани сафолҳои SiC бо гармигузаронии баланд аксар вақт воситаҳои гуногуни синтеризатсия илова карда мешаванд. Дар байни онҳо, намуд ва миқдори воситаҳои синтеризатсия ба гармигузаронии сафолҳои SiC таъсири калон мерасонад. Масалан, унсурҳои Al ё O дар воситаҳои синтеризатсияи системаи Al2O3 ба осонӣ дар шабакаи SiC ҳал мешаванд, ки боиси холӣ ва нуқсонҳо мегардад, ки боиси афзоиши басомади парокандагии фонон мегардад. Илова бар ин, агар миқдори воситаҳои синтеризатсия кам бошад, синтеризатсия ва зичшавии мавод душвор аст, дар ҳоле ки миқдори зиёди воситаҳои синтеризатсия боиси афзоиши ифлосӣ ва нуқсонҳо мегардад. Аз ҳад зиёд будани воситаҳои синтеризатсияи фазаи моеъ инчунин метавонад афзоиши донаҳои SiC-ро боздорад ва роҳи миёнаи озоди фононҳоро кам кунад. Аз ин рӯ, барои тайёр кардани сафолҳои SiC бо гармигузаронии баланд, зарур аст, ки миқдори воситаҳои синтеризатсияро то ҳадди имкон кам карда, талаботи зичии синтеризатсияро қонеъ гардонед ва кӯшиш кунед, ки воситаҳои синтеризатсияеро интихоб кунед, ки дар шабакаи SiC ҳал шуданашон душвор аст.
*Хусусиятҳои гармии сафолҳои SiC ҳангоми илова кардани ёрирасонҳои гуногуни синтеризатсия
Дар айни замон, сафолҳои SiC, ки бо BeO ҳамчун ёрирасони синтезкунӣ пухта шудаанд, дорои ҳадди аксар гузариши гармӣ дар ҳарорати хонагӣ (270W·m-1·K-1) мебошанд. Аммо, BeO як маводи хеле заҳролуд ва канцерогенӣ аст ва барои истифодаи васеъ дар лабораторияҳо ё соҳаҳои саноатӣ мувофиқ нест. Нуқтаи пасттарини эвтектикии системаи Y2O3-Al2O3 1760℃ аст, ки як ёрирасони маъмули синтезкунии фазаи моеъ барои сафолҳои SiC мебошад. Аммо, азбаски Al3+ ба осонӣ дар шабакаи SiC ҳал мешавад, вақте ки ин система ҳамчун ёрирасони синтезкунӣ истифода мешавад, гузариши гармии сафолҳои SiC дар ҳарорати хонагӣ аз 200W·m-1·K-1 камтар аст.
Унсурҳои нодири заминӣ, ба монанди Y, Sm, Sc, Gd ва La, дар шабакаи SiC ба осонӣ ҳал намешаванд ва дорои наздикии баланди оксиген мебошанд, ки метавонад миқдори оксигенро дар шабакаи SiC самаранок кам кунад. Аз ин рӯ, системаи Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) як ёвари маъмули синтеризатсия барои тайёр кардани сафолҳои гармигузаронии баланд (>200W·m-1·K-1) SiC мебошад. Масалан, ёвари синтеризатсияи системаи Y2O3-Sc2O3-ро гирифта, арзиши инҳирофи ионҳои Y3+ ва Si4+ калон аст ва ин ду ба маҳлули сахт дучор намешаванд. Ҳалшавандагии Sc дар SiC-и холис дар ҳарорати 1800~2600℃ хурд аст, тақрибан (2~3)×1017атом·см-3.
② Коркарди гармии ҳарорати баланд
Коркарди гармии баланди сафолҳои SiC барои бартараф кардани нуқсонҳои шабака, ҷойивазкунӣ ва фишорҳои боқимонда, мусоидат ба табдили сохтории баъзе маводҳои аморфӣ ба кристаллҳо ва суст кардани таъсири парокандагии фонон мусоидат мекунад. Илова бар ин, коркарди гармии баланди ҳарорати метавонад ба таври муассир афзоиши донаҳои SiC-ро мусоидат кунад ва дар ниҳоят хосиятҳои гармии маводро беҳтар созад. Масалан, пас аз коркарди гармии баланди ҳарорати 1950°C, коэффитсиенти паҳншавии гармии сафолҳои SiC аз 83.03mm2·s-1 то 89.50mm2·s-1 афзоиш ёфт ва гузариши гармии ҳарорати хона аз 180.94W·m-1·K-1 то 192.17W·m-1·K-1 афзоиш ёфт. Коркарди гармии баланди ҳарорати хона қобилияти деоксидшавии ёрирасони синтаксисиро дар сатҳи SiC ва шабака самаранок беҳтар мекунад ва пайвасти байни донаҳои SiC-ро мустаҳкамтар мекунад. Пас аз коркарди гармии баланди ҳарорати хона, гузариши гармии сафолҳои SiC ба таври назаррас беҳтар шудааст.
Вақти нашр: 24 октябри соли 2024