פאָדערונג און אַפּליקאַציע פון ​​הויך טערמישע קאַנדאַקטיוויטי SiC קעראַמיק אין די האַלב-קאָנדוקטאָר פעלד

איצט,סיליקאָן קאַרבייד (SiC)איז אַ טערמיש קאַנדאַקטיוו קעראַמיש מאַטעריאַל וואָס ווערט אַקטיוו שטודירט אין שטוב און אין אויסלאַנד. די טעאָרעטישע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון SiC איז זייער הויך, און עטלעכע קריסטאַל פֿאָרמען קענען דערגרייכן 270W/mK, וואָס איז שוין אַ פירער צווישן ניט-קאַנדאַקטיווע מאַטעריאַלן. למשל, די אַפּליקאַציע פון ​​SiC טערמישע קאַנדאַקטיוויטי קען מען זען אין די סאַבסטראַט מאַטעריאַלן פון האַלב-קאָנדוקטאָר דעוויסעס, הויך טערמישע קאַנדאַקטיוויטי קעראַמיש מאַטעריאַלן, כיטערז און הייצונג פּלאַטעס פֿאַר האַלב-קאָנדוקטאָר פּראַסעסינג, קאַפּסול מאַטעריאַלן פֿאַר יאָדער ברענשטאָף, און גאַז סילינג רינגען פֿאַר קאַמפּרעסער פּאָמפּעס.

אַפּליקאַציע פוןסיליקאָן קאַרביידאין דעם האַלב-קאָנדוקטאָר פעלד

שלייפן דיסקס און פיקסטשערז זענען וויכטיקע פּראָצעס ויסריכט פֿאַר סיליקאָן וועיפער פּראָדוקציע אין דער האַלב-קאָנדוקטאָר אינדוסטריע. אויב די שלייפן דיסק איז געמאַכט פון גוס אייַזן אָדער טשאַד שטאָל, איז איר דינסט לעבן קורץ און איר טערמישע יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט איז גרויס. בעשאַס די פּראַסעסינג פון סיליקאָן וועיפערז, ספּעציעל בעשאַס הויך-גיכקייַט שלייפן אָדער פּאָלירן, רעכט צו דער טראָגן און טערמישע דעפאָרמאַציע פון ​​​​די שלייפן דיסק, איז די פלאַךקייט און פּאַראַלעליזם פון די סיליקאָן וועיפער שווער צו גאַראַנטירן. די שלייפן דיסק געמאכט פוןסיליקאָן קאַרבייד קעראַמיקהאט נידריגע טראָגן רעכט צו זיין הויך כאַרדנאַס, און זיין טערמישע יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט איז בייסיקלי די זעלבע ווי אַז פון סיליקאָן וועיפערז, אַזוי עס קען זיין געשליפן און פּאַלישט אין הויך גיכקייַט.

דערצו, ווען מען פראדוצירט סיליקאן וועיפערס, דארפן זיי דורכגיין הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג און ווערן אָפט טראַנספּאָרטירט מיט סיליקאן קאַרבייד פֿיקסטשורז. זיי זענען היץ-קעגנשטעליק און נישט-דעסטרוקטיווע. דימענט-ווי קאַרבאָן (DLC) און אַנדערע קאָוטינגז קענען ווערן געווענדט אויף דער ייבערפלאַך צו פֿאַרבעסערן פאָרשטעלונג, פֿאַרמינדערן וועיפערס שאָדן, און פֿאַרהיטן קאַנטאַמאַניישאַן פֿון פֿאַרשפּרייטן.

דערצו, אלס א פארטרעטער פון די דריט-גענעראציע ברייט-באנדגאפ האלב-קאנדוקטאר מאטעריאלן, האבן סיליקאן קארבייד איין-קריסטאל מאטעריאלן אייגנשאפטן ווי גרויסע באנדגאפ ברייט (ארום 3 מאל אזוי ווי סיליקאן), הויכע טערמישע קאנדוקטיוויטעט (ארום 3.3 מאל אזוי ווי סיליקאן אדער 10 מאל אזוי ווי GaAs), הויכע עלעקטראן זעטיקונג מיגראציע ראטע (ארום 2.5 מאל אזוי ווי סיליקאן) און הויכע ברייקדאון עלעקטרישע פעלד (ארום 10 מאל אזוי ווי סיליקאן אדער 5 מאל אזוי ווי GaAs). SiC דעווייסעס מאכן אויף פאר די חסרונות פון טראדיציאנעלע האלב-קאנדוקטאר מאטעריאל דעווייסעס אין פראקטישע אנווענדונגען און ווערן ביסלעכווייז דער הויפטשטראם פון מאכט האלב-קאנדוקטארן.

די פאָדערונג פֿאַר הויך טערמישע קאַנדאַקטיוויטי סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק איז דראַמאַטיש געוואקסן.

מיט דער קאנטינעווערער אַנטוויקלונג פון וויסנשאַפֿט און טעכנאָלאָגיע, איז די פאָדערונג פֿאַר דער אַפּליקאַציע פון ​​סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק אין דעם האַלב-קאָנדוקטאָר פעלד דראַמאַטיש געוואַקסן, און הויך טערמישע קאַנדאַקטיוויטי איז אַ שליסל אינדיקאַטאָר פֿאַר זיין אַפּליקאַציע אין האַלב-קאָנדוקטאָר פאַבריקאַציע עקוויפּמענט קאַמפּאָונאַנץ. דעריבער, איז עס קריטיש צו פארשטארקן די פאָרשונג אויף הויך טערמישע קאַנדאַקטיוויטי סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק. רעדוצירן די לאַטיס זויערשטאָף אינהאַלט, פֿאַרבעסערן די געדיכטקייט, און גלייַך רעגולירן די פאַרשפּרייטונג פון די צווייטע פאַסע אין די לאַטיס זענען די הויפּט מעטהאָדס צו פֿאַרבעסערן די טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק.

איצט, זענען דא ווייניג שטודיעס וועגן הויך טערמישע קאנדוקטיוויטי סיליקאן קארבייד קעראמיקס אין מיין לאנד, און עס איז נאך אלץ דא א גרויסער חילוק קעגן דעם וועלט לעוועל. צוקונפטיגע פארשונג ריכטונגען וועלן ארייננעמען:
● פארשטארקן די צוגרייטונג פּראָצעס פאָרשונג פון סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק פּודער. די צוגרייטונג פון הויך-ריינקייט, נידעריק-זויערשטאָף סיליקאָן קאַרבייד פּודער איז די באַזע פֿאַר די צוגרייטונג פון הויך טערמאַל קאַנדאַקטיוויטי סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק;
● פארשטארקן די אויסוואל פון סינטערינג הילף-מיטלען און פארבונדענע טעארעטישע פארשונג;
● פארשטארקן די פארשונג און אנטוויקלונג פון הויך-ענד סינטערינג עקוויפּמענט. דורך רעגולירן דעם סינטערינג פּראָצעס צו באַקומען אַ גלייַכגעוויכטיק מיקראָסטרוקטור, איז עס אַ נייטיק באַדינגונג צו באַקומען הויך טערמיש קאַנדאַקטיוויטי סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק.

מיטלען צו פֿאַרבעסערן די טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון סיליקאָן קאַרבייד קעראַמיק

דער שליסל צו פֿאַרבעסערן די טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פֿון SiC קעראַמיקס איז צו רעדוצירן די פֿאָנאָן סקאַטערינג פֿרעקווענץ און פֿאַרגרעסערן די פֿאָנאָן מיטל פֿרײַע וועג. די טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פֿון SiC וועט ווערן עפֿעקטיוו פֿאַרבעסערט דורך רעדוצירן די פּאָראָסיטי און קערל גרענעץ געדיכטקייט פֿון SiC קעראַמיקס, פֿאַרבעסערן די ריינקייט פֿון SiC קערל גרענעצן, רעדוצירן SiC גיטער פֿאַרפּעסטיקונגען אָדער גיטער חסרונות, און פֿאַרגרעסערן די היץ פֿלוס טראַנסמיסיע טרעגער אין SiC. איצט, אָפּטימיזירן דעם טיפּ און אינהאַלט פֿון סינטערינג הילף און הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג זענען די הויפּט מיטלען צו פֿאַרבעסערן די טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פֿון SiC קעראַמיקס.

① אָפּטימיזירן דעם טיפּ און אינהאַלט פון סינטערינג הילף־מיטלען

פארשידענע סינטערינג הילף-מיטלען ווערן אָפט צוגעגעבן ווען מען צוגרייטן הויך-טערמישע קאַנדאַקטיוויטי SiC קעראַמיקס. צווישן זיי, דער טיפּ און אינהאַלט פון סינטערינג הילף-מיטלען האָבן אַ גרויסן השפּעה אויף דער טערמישער קאַנדאַקטיוויטי פון SiC קעראַמיקס. למשל, Al אָדער O עלעמענטן אין די Al2O3 סיסטעם סינטערינג הילף-מיטלען ווערן לייכט אויפגעלאָזט אין די SiC גיטער, וואָס רעזולטירט אין ליידיקייטן און חסרונות, וואָס פירט צו אַ פאַרגרעסערונג אין די פאָנאָן צעשפּרייטונג אָפטקייט. אין דערצו, אויב דער אינהאַלט פון סינטערינג הילף-מיטלען איז נידעריק, איז דער מאַטעריאַל שווער צו סינטערן און דענסיפיצירן, בשעת אַ הויך אינהאַלט פון סינטערינג הילף-מיטלען וועט פירן צו אַ פאַרגרעסערונג אין אומריינקייטן און חסרונות. איבערגעטריבענע פליסיקע פאַזע סינטערינג הילף-מיטלען קען אויך פאַרהיטן דעם וואוקס פון SiC קערלעך און רעדוצירן דעם דורכשניטלעכן פרייען וועג פון פאָנאָנען. דעריבער, כּדי צו צוגרייטן הויך-טערמישע קאַנדאַקטיוויטי SiC קעראַמיקס, איז עס נייטיק צו רעדוצירן דעם אינהאַלט פון סינטערינג הילף-מיטלען ווי פיל ווי מעגלעך בשעת מען טרעפט די באדערפענישן פון סינטערינג געדיכטקייט, און פּרובירן צו קלייַבן סינטערינג הילף-מיטלען וואָס זענען שווער צו אויפלייזן אין די SiC גיטער.

*טערמישע אייגנשאפטן פון SiC קעראַמיק ווען פאַרשידענע סינטערינג הילף-מיטלען ווערן צוגעגעבן

איצט, הייס-געפרעסטע SiC קעראַמיקס געסינטערט מיט BeO ווי אַ סינטערינג הילף האָבן די מאַקסימום צימער-טעמפּעראַטור טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (270W·m-1·K-1). אָבער, BeO איז אַ העכסט טאַקסיק מאַטעריאַל און קאַרסינאָגעניק, און איז נישט פּאַסיק פֿאַר ברייט אַפּלאַקיישאַן אין לאַבאָראַטאָריעס אָדער ינדאַסטריאַל פעלדער. דער לאָואַסט עוטעקטיק פונט פון די Y2O3-Al2O3 סיסטעם איז 1760 ℃, וואָס איז אַ פּראָסט פליסיק-פאַסע סינטערינג הילף פֿאַר SiC קעראַמיקס. אָבער, ווייַל Al3+ איז לייכט צעלאָזט אין די SiC גיטער, ווען דעם סיסטעם איז געניצט ווי אַ סינטערינג הילף, די צימער-טעמפּעראַטור טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון SiC קעראַמיקס איז ווייניקער ווי 200W·m-1·K-1.

זעלטענע ערד עלעמענטן ווי Y, Sm, Sc, Gd און La זענען נישט לייכט אויפלעזלעך אין SiC גיטער און האבן א הויכע זויערשטאף אפיניטי, וואס קען עפעקטיוו רעדוצירן דעם זויערשטאף אינהאלט פון SiC גיטער. דעריבער, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) סיסטעם איז א געוויינלעכע סינטערינג הילף פארן צוגרייטן הויך טערמישע קאנדוקטיוויטעט (>200W·m-1·K-1) SiC קעראמיקס. נעמענדיג דעם Y2O3-Sc2O3 סיסטעם סינטערינג הילף אלס א ביישפיל, איז דער יאָן דעוויאַציע ווערט פון Y3+ און Si4+ גרויס, און די צוויי גייען נישט דורך א פעסטע לייזונג. די אויפלעזלעכקייט פון Sc אין ריין SiC ביי 1800~2600℃ איז קליין, בערך (2~3)×1017 אטאמען·cm-3.

② הויך טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג

הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג פון SiC קעראַמיק איז גינסטיק צו עלימינירן גיטער חסרונות, דיסלאָוקיישאַנז און רעשט דרוק, פּראַמאָוטינג די סטרוקטורעל טראַנספאָרמאַציע פון ​​עטלעכע אַמאָרפע מאַטעריאַלס צו קריסטאַלן, און שוואַכן די פאָנאָן סקאַטערינג ווירקונג. אין דערצו, הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג קען יפעקטיוולי פּראַמאָוט די וווּקס פון SiC גריינז, און לעסאָף פֿאַרבעסערן די טערמישע פּראָפּערטיעס פון די מאַטעריאַל. למשל, נאָך הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג ביי 1950°C, די טערמישע דיפוזיע קאָואַפישאַנט פון SiC קעראַמיק געוואקסן פון 83.03mm2·s-1 צו 89.50mm2·s-1, און די צימער-טעמפּעראַטור טערמישע קאַנדאַקטיוויטי געוואקסן פון 180.94W·m-1·K-1 צו 192.17W·m-1·K-1. הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג יפעקטיוולי ימפּרוווז די דעאַקסאַדיישאַן פיייקייַט פון די סינטערינג הילף אויף די SiC ייבערפלאַך און גיטער, און מאכט די פֿאַרבינדונג צווישן SiC גריינז טייטער. נאָך הויך-טעמפּעראַטור היץ באַהאַנדלונג, די צימער-טעמפּעראַטור טערמישע קאַנדאַקטיוויטי פון SiC קעראַמיק איז געווען באַטייטיק פֿאַרבעסערט.