Prečo v polovodičovom priemysle rastie dopyt po SiC keramike s vysokou tepelnou vodivosťou?

v súčasnostikarbid kremíka (SiC)je vysoko aktívna oblasť výskumu tepelne vodivých keramických materiálov na domácom aj medzinárodnom trhu. S teoretickou tepelnou vodivosťou, ktorá môže pre určité typy kryštálov dosiahnuť až 270 W/mK,SiCpatrí medzi špičku v oblasti nevodivých materiálov. Jeho aplikácie zahŕňajú substráty polovodičových zariadení, keramické materiály s vysokou tepelnou vodivosťou, ohrievače a horúce platne pri spracovaní polovodičov, materiály kapsúl pre jadrové palivo a vzduchotesné tesnenia v kompresorových čerpadlách.

Ako jeKarbid kremíkaPoužíva sa v polovodičovom priemysle?

Brúsne dosky a prípravky sú základnými procesnými zariadeniami pri výrobe kremíkových doštičiek v polovodičovom priemysle. Ak sú brúsne dosky vyrobené z liatiny alebo uhlíkovej ocele, majú tendenciu mať krátku životnosť a vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti. Počas spracovania kremíkových plátkov, najmä pri vysokorýchlostnom brúsení alebo leštení, je opotrebenie a tepelná deformácia týchto brúsnych plátov náročné na udržanie rovinnosti a rovnobežnosti kremíkových plátkov. Brúsne dosky vyrobené z keramiky z karbidu kremíka však vykazujú vysokú tvrdosť a nízke opotrebenie s koeficientom tepelnej rozťažnosti, ktorý sa približuje koeficientu kremíkových doštičiek, čo umožňuje vysokorýchlostné brúsenie a leštenie.

Okrem toho sa pri výrobe kremíkových plátkov vyžaduje vysokoteplotné tepelné spracovanie, pričom sa na prepravu často používajú prípravky z karbidu kremíka. Tieto svietidlá sú odolné voči teplu a poškodeniu a môžu byť potiahnuté uhlíkom podobným diamantu (DLC) na zvýšenie výkonu, zmiernenie poškodenia plátkov a zabránenie šíreniu kontaminácie. Okrem toho, ako zástupca tretej generácie polovodičových materiálov so širokou šírkou pásma, monokryštály karbidu kremíka majú vlastnosti, ako je široká šírka pásma (približne trikrát väčšia ako u kremíka), vysoká tepelná vodivosť (asi 3,3-krát väčšia ako u kremíka alebo 10-krát väčšia GaAs), vysoká rýchlosť saturácie elektrónov (približne 2,5-krát väčšia ako u kremíka) a vysoké prierazné elektrické pole (približne 10-krát väčšie ako u kremíka alebo päťkrát väčšie ako u GaAs). Zariadenia z karbidu kremíka kompenzujú nedostatky tradičných zariadení z polovodičových materiálov v praktických aplikáciách a postupne sa stávajú hlavným prúdom v oblasti výkonových polovodičov.

Prečo je dopyt po vysokej tepelnej vodivostiSiC keramikaPrudký nárast?

S neustálym technologickým pokrokom sa dopyt pokeramika z karbidu kremíkav polovodičovom priemysle rýchlo rastie. Vysoká tepelná vodivosť je kritickým ukazovateľom pre ich aplikáciu v komponentoch zariadení na výrobu polovodičov, čo vedie k výskumu vysokej tepelnej vodivostiSiC keramikarozhodujúce. Zníženie obsahu mriežkového kyslíka, zvýšenie hustoty a racionálne riadenie distribúcie druhej fázy v mriežke sú primárne metódy na zvýšenie tepelnej vodivostikeramika z karbidu kremíka.

V súčasnosti prebieha výskum v oblasti vysokej tepelnej vodivostiSiC keramikav Číne je obmedzený a výrazne zaostáva za globálnymi štandardmi. Budúce smery výskumu zahŕňajú:

Posilnenie procesu prípravy výskumuSiC keramikaprášky, pretože príprava vysoko čistého prášku SiC s nízkym obsahom kyslíka je základom pre dosiahnutie vysokej tepelnej vodivostiSiC keramika.

Posilnenie výberu a teoretického výskumu spekacích pomôcok.

Vývoj špičkových zariadení na spekanie, pretože regulácia procesu spekania na získanie primeranej mikroštruktúry je nevyhnutná na získanie vysokej tepelnej vodivostiSiC keramika.

Aké opatrenia môžu zlepšiť tepelnú vodivosťSiC keramika?

Kľúčom k zlepšeniu tepelnej vodivostiSiC keramikaje znížiť frekvenciu rozptylu fonónov a zvýšiť strednú voľnú cestu fonónov. To sa dá efektívne dosiahnuť znížením pórovitosti a hustoty hraníc zŕnSiC keramika, zvýšenie čistoty hraníc zŕn SiC, minimalizácia nečistôt alebo defektov v mriežke SiC a zvýšenie nosičov tepelného transportu v SiC. V súčasnosti je optimalizácia typu a obsahu spekacích pomôcok a vysokoteplotné tepelné spracovanie primárnymi opatreniami na zvýšenie tepelnej vodivostiSiC keramika.

Optimalizácia typu a obsahu spekacích pomôcok

Počas prípravy vysokotepelnej vodivosti sa často pridávajú rôzne pomocné spekacie prostriedkySiC keramika. Druh a obsah týchto spekacích pomôcok výrazne ovplyvňujú tepelnú vodivosťSiC keramika. Napríklad prvky ako Al alebo O v pomôckach na spekanie systému Al2O3 sa môžu ľahko rozpustiť v mriežke SiC, čím sa vytvárajú prázdne miesta a defekty, čím sa zvyšuje frekvencia rozptylu fonónov. Okrem toho, ak je obsah pomocného prostriedku na spekanie príliš nízky, materiál nemusí počas spekania zhustnúť, zatiaľ čo vysoký obsah pomocného prostriedku na spekanie môže viesť k zvýšenému výskytu nečistôt a defektov. Nadmerné množstvo pomocných prostriedkov na spekanie v kvapalnej fáze môže tiež inhibovať rast zŕn SiC, čím sa znižuje stredná voľná dráha fonónu. Preto na dosiahnutie vysokej tepelnej vodivostiSiC keramikaje potrebné minimalizovať obsah spekacích pomocných látok pri zabezpečení zahustenia a vybrať spekacie pomocné látky, ktoré nie sú ľahko rozpustné v SiC mriežke.

V súčasnosti lisovaný za teplaSiC keramikapri použití BeO ako pomôcky na spekanie vykazujú najvyššiu tepelnú vodivosť pri izbovej teplote (270 W·m-1·K-1). BeO je však vysoko toxický a karcinogénny, takže nie je vhodný na široké použitie v laboratóriách alebo priemysle. Systém Y2O3-Al2O3 má eutektický bod pri 1760 °C a je bežným pomocníkom pri spekaní v kvapalnej fáze preSiC keramikaale keďže Al3+ sa ľahko rozpúšťa do SiC mriežky,SiC keramikas týmto systémom ako pomôckou pri spekaní majú pri izbovej teplote tepelnú vodivosť pod 200 W·m-1·K-1.

Prvky vzácnych zemín, ako sú Y, Sm, Sc, Gd a La, nie sú ľahko rozpustné v mriežke SiC a majú vysokú afinitu ku kyslíku, čo účinne znižuje obsah kyslíka v mriežke SiC. Preto sa systém Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) bežne používa ako spekacia pomôcka na prípravu s vysokou tepelnou vodivosťou (>200 W·m-1·K-1)SiC keramika. Napríklad v systéme Y2O3-Sc2O3 je iónová odchýlka medzi Y3+ a Si4+ výrazná, čo bráni tvorbe tuhých roztokov. Rozpustnosť Sc v čistom SiC je relatívne nízka pri teplotách 1800 ~ 2600 ° C, približne (2 ~ 3) × 10^17 atómov · cm^-3.

Tepelné vlastnosti SiC keramiky s rôznymi spekacími pomôckami

Vysokoteplotné tepelné spracovanie

Vysokoteplotné tepelné spracovanieSiC keramikapomáha eliminovať defekty mriežky, dislokácie a zvyškové napätie, podporuje transformáciu niektorých amorfných štruktúr na kryštalické štruktúry a znižuje rozptyl fonónov. Okrem toho vysokoteplotné tepelné spracovanie účinne podporuje rast zŕn SiC, čím sa v konečnom dôsledku zlepšujú tepelné vlastnosti materiálu. Napríklad po vysokoteplotnom tepelnom spracovaní pri 1950 °C sa tepelná difúznosť oSiC keramikasa zvýšila z 83,03 mm2·s-1 na 89,50 mm2·s-1 a tepelná vodivosť pri izbovej teplote sa zvýšila z 180,94 W·m-1·K-1 na 192,17 W·m-1·K-1. Vysokoteplotné tepelné spracovanie výrazne zlepšuje deoxidačnú schopnosť spekacích pomôcok na povrchu SiC a mriežke a upevňuje spoje zŕn SiC. V dôsledku toho sa tepelná vodivosť pri izbovej teploteSiC keramikaje výrazne vylepšený po vysokoteplotnom tepelnom spracovaní.**

My v Semicorex sa špecializujeme naSiC keramikaa iné keramické materiály používané pri výrobe polovodičov, ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktný telefón: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com