Häzirki wagtda,kremniý karbidi (SiC)öýde we daşary ýurtlarda işjeň öwrenilýän termal geçiriji keramik materialdyr. SiC-niň nazaryýet taýdan termal geçirijiligi örän ýokary we käbir kristal görnüşleri 270W/mK-a ýetip bilýär, bu bolsa eýýäm geçirmeýän materiallaryň arasynda öňdebaryjydyr. Mysal üçin, SiC-niň termal geçirijiliginiň ulanylyşyny ýarymgeçiriji enjamlaryň substrat materiallarynda, ýokary termal geçirijilikli keramik materiallarda, ýarymgeçirijileri gaýtadan işlemek üçin gyzdyryjylarda we gyzdyryjy plitalarda, ýadro ýangyjy üçin kapsul materiallarynda we kompressor nasoslary üçin gaz möhürleýji halkalarda görmek bolýar.
Ulanylyşykremniý karbidiýarymgeçirijiler ulgamynda
Ýarymgeçiriji senagatynda kremniý waferlerini öndürmek üçin üwemek diskleri we enjamlary möhüm tehnologiýa enjamlarydyr. Eger üwemek diski çoýundan ýa-da uglerod polatyndan ýasalsa, onuň hyzmat ediş möhleti gysga we termal giňelme koeffisiýenti uly bolýar. Kremniý waferlerini gaýtadan işlemek wagtynda, esasanam ýokary tizlikli üwemek ýa-da jylalamak wagtynda, üwemek diskiniň aşynmagy we termal deformasiýa sebäpli, kremniý waferiniň tekizligini we parallelligini kepillendirmek kyn. Öwemek diski ...kremniý karbidi keramikasyýokary gatylygy sebäpli pes aşynma häsiýetine eýedir we onuň termal giňelme koeffisiýenti esasan kremniý plitalarynyňky bilen birmeňzeşdir, şonuň üçin ony ýokary tizlikde üwemek we jylamak mümkin.
Mundan başga-da, kremniý waferleri öndürilende, olar ýokary temperaturada ýylylyk bilen işlenmeli we köplenç kremniý karbid armaturalary arkaly daşalýar. Olar ýylylyga çydamly we zaýalanmaýandyr. Işleýişini ýokarlandyrmak, waferiň zeperlenmegini azaltmak we hapalanmagyň ýaýramagynyň öňüni almak üçin ýüzüne almaz ýaly uglerod (DLC) we beýleki örtükler ulanylyp bilner.
Mundan başga-da, üçünji nesil giň zolakly ýarymgeçiriji materiallaryň wekili hökmünde kremniý karbidiniň bir kristal materiallary uly zolak giňligi (Si-den takmynan 3 esse), ýokary ýylylyk geçirijiligi (Si-den takmynan 3,3 esse ýa-da GaAs-dan 10 esse), ýokary elektron doýgunlyk migrasiýa tizligi (Si-den takmynan 2,5 esse) we ýokary döwülme elektrik meýdany (Si-den takmynan 10 esse ýa-da GaAs-dan 5 esse) ýaly häsiýetlere eýedir. SiC enjamlary amaly ulanylyşda däp bolan ýarymgeçiriji material enjamlarynyň kemçilikleriniň öwezini dolýar we güýç ýarymgeçirijileriniň esasy akymyna öwrülýär.
Ýokary ýylylyk geçirijilikli kremniý karbid keramikasyna isleg ep-esli artdy
Ylmyň we tehnologiýanyň üznüksiz ösmegi bilen, ýarymgeçirijiler ulgamynda kremniý karbid keramikasynyň ulanylyşyna bolan isleg ep-esli artdy we ýokary ýylylyk geçirijiligi onuň ýarymgeçirijiler öndürýän enjamlaryň böleklerinde ulanylmagynyň esasy görkezijisidir. Şonuň üçin ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan kremniý karbid keramikasy boýunça ylmy-barlag işlerini güýçlendirmek örän möhümdir. Tordaky kislorodyň mukdaryny azaltmak, dykyzlygy gowulandyrmak we tordaky ikinji fazanyň paýlanyşyny dogry düzgünleşdirmek kremniý karbid keramikasynyň ýylylyk geçirijiligini ýokarlandyrmagyň esasy usullarydyr.
Häzirki wagtda meniň ýurdumda ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan kremniý karbid keramikasy boýunça az sanly barlaglar bar we dünýä derejesi bilen deňeşdirilende uly tapawut bar. Geljekki barlag ugurlaryna aşakdakylar girýär:
●Silikon karbid keramiki poroşogynyň taýýarlanyş prosesini öwrenmek işlerini güýçlendirmek. Ýokary arassa, az kislorodly kremniý karbid poroşogynyň taýýarlanylmagy ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan kremniý karbid keramikasynyň taýýarlanylmagynyň esasy bolup durýar;
● Sinterleşdiriji serişdeleriň saýlanyşyny we degişli nazary barlaglary güýçlendirmek;
● Ýokary derejeli sinterleme enjamlaryny öwrenmek we işläp düzmek işlerini güýçlendirmek. Maksatly mikrostruktura almak üçin sinterleme prosesini düzgünleşdirmek arkaly ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan kremniý karbid keramikasyny almak zerur şertdir.
Kremniý karbid keramikasynyň ýylylyk geçirijiligini ýokarlandyrmak çäreleri
SiC keramikasynyň ýylylyk geçirijiligini ýokarlandyrmagyň açary fonon saçylma ýygylygyny azaltmak we fonon ortaça erkin ýoluny köpeltmekdir. SiC keramikasynyň gözenekliligini we däne serhet dykyzlygyny azaltmak, SiC däne serhetleriniň arassalygyny gowulandyrmak, SiC tor garyndylaryny ýa-da tor kemçiliklerini azaltmak we SiC-de ýylylyk akymynyň geçirijiligini köpeltmek arkaly SiC-niň ýylylyk geçirijiligi netijeli ýagdaýda ýokarlanar. Häzirki wagtda, SiC keramikasynyň ýylylyk geçirijiligini ýokarlandyrmagyň esasy çäreleri sinterleşdiriji serişdeleriň görnüşini we mazmunyny optimizirlemek we ýokary temperaturaly ýylylyk bilen işläp düzmekdir.
① Sinterleme kömekçileriniň görnüşini we mazmunyny optimizirlemek
Ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan SiC keramikasyny taýýarlamakda dürli sinterleme kömekçileri köplenç goşulýar. Olaryň arasynda sinterleme kömekçileriniň görnüşi we mazmuny SiC keramikasynyň ýylylyk geçirijiligine uly täsir edýär. Mysal üçin, Al2O3 ulgamynyň sinterleme kömekçilerinde Al ýa-da O elementleri SiC toruna aňsatlyk bilen ereýär, bu bolsa boşluklaryň we kemçilikleriň döremegine getirýär, bu bolsa fonon saçylma ýygylygynyň artmagyna getirýär. Mundan başga-da, sinterleme kömekçileriniň mukdary az bolsa, materialyň sinterlenmegi we dykyzlanmagy kyn bolýar, sinterleme kömekçileriniň köp mukdary bolsa hapaçylyklaryň we kemçilikleriň artmagyna getirýär. Aşa köp suwuk fazaly sinterleme kömekçileri SiC dänejikleriniň ösüşini hem togtadyp, fononlaryň ortaça erkin ýoluny azaltmagy mümkin. Şonuň üçin ýokary ýylylyk geçirijiligi bolan SiC keramikasyny taýýarlamak üçin, sinterleme dykyzlygynyň talaplaryny kanagatlandyrmak bilen, sinterleme kömekçileriniň mukdaryny mümkin boldugyça azaltmak we SiC torunda eremegi kyn bolan sinterleme kömekçilerini saýlamaga synanyşmak zerurdyr.
*Dürli sinterleme serişdeleri goşulanda SiC keramikasynyň termal häsiýetleri
Häzirki wagtda, BeO bilen sinterlenen gyzgyn preslenen SiC keramikalary otagyň temperaturasynda iň ýokary ýylylyk geçirijiligine (270W·m-1·K-1) eýedir. Şeýle-de bolsa, BeO örän zäherli we kanserogen material bolup, laboratoriýalarda ýa-da senagat pudaklarynda giňden ulanmak üçin amatly däl. Y2O3-Al2O3 ulgamynyň iň pes ewtektiki nokady 1760℃ bolup, bu SiC keramikalary üçin umumy suwuk fazaly sinterleýji kömekçi serişdedir. Şeýle-de bolsa, Al3+ SiC toruna aňsatlyk bilen ereýändigi üçin, bu ulgam sinterleýji kömekçi serişde hökmünde ulanylanda, SiC keramikalarynyň otagyň temperaturasynda ýylylyk geçirijiligi 200W·m-1·K-1-den azdyr.
Y, Sm, Sc, Gd we La ýaly seýrek ýer elementleri SiC torunda aňsatlyk bilen eremeýär we ýokary kisloroda ýakynlyga eýedir, bu bolsa SiC torunyň kislorod mukdaryny netijeli azaldyp biler. Şonuň üçin Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) ulgamy ýokary ýylylyk geçirijiligi (>200W·m-1·K-1) SiC keramikasyny taýýarlamak üçin umumy sinterleme kömegi bolup durýar. Mysal hökmünde Y2O3-Sc2O3 ulgamynyň sinterleme kömegini alsak, Y3+ we Si4+-iň ion sapma gymmaty uly we ikisi gaty ergine düşmeýär. Sc-iň arassa SiC-de 1800~2600℃-de eremegi kiçi, takmynan (2~3)×1017atom·sm-3.
2 Ýokary temperaturaly ýylylyk bilen işleme
SiC keramikasynyň ýokary temperaturadaky ýylylyk bilen işlenilmegi tor kemçiliklerini, dislokasiýalary we galan stresleri aradan aýyrmaga, käbir amorf materiallaryň kristallara gurluş özgerişini höweslendirmäge we fonon saçylma täsirini gowşatmaga ýardam edýär. Mundan başga-da, ýokary temperaturadaky ýylylyk bilen işlenilmegi SiC dänejikleriniň ösüşini netijeli höweslendirip we ahyrsoňy materialyň termal häsiýetlerini gowulandyryp biler. Mysal üçin, 1950°C-da ýokary temperaturadaky ýylylyk bilen işlenilenden soň, SiC keramikasynyň termal diffuziýa koeffisiýenti 83.03mm2·s-1-den 89.50mm2·s-1-e çenli ýokarlandy we otagyň temperaturasyndaky ýylylyk geçirijiligi 180.94W·m-1·K-1-den 192.17W·m-1·K-1-e çenli ýokarlandy. Ýokary temperaturadaky ýylylyk bilen işlenilmegi SiC ýüzünde we torda sinterleşdiriji serişdesiniň deoksidlenme ukybyny netijeli gowulandyrýar we SiC dänejikleriniň arasyndaky baglanyşygy has berk edýär. Ýokary temperaturadaky ýylylyk bilen işlenilenden soň, SiC keramikasynyň otagyň temperaturasyndaky ýylylyk geçirijiligi ep-esli gowulandy.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 24-nji oktýabry