Що таке нітрид кремнію

Нітрид кремнію (Si3N4)є ключовим матеріалом у розробці вдосконаленої високотемпературної конструкційної кераміки. Відомий своїми винятковими властивостями, такими як стійкість до високих температур, зносостійкість, низька щільність, висока міцність і твердість, він заслужив репутацію «універсального чемпіона у світі матеріалів». Ці унікальні характеристики зробили кераміку з нітриду кремнію незамінною в ряді передових галузей, включаючи машинобудування, аерокосмічну промисловість, національну оборону, напівпровідникові технології та навіть біомедичні застосування.

Нітрид кремніюце неорганічна неметалева сполука, що складається з тетраедричних одиниць Si-N, що характеризується сильним ковалентним зв’язком між атомами. Висока міцність зв’язку між атомами кремнію та азоту надає Si3N4 видатних механічних властивостей, включаючи чудову твердість і відмінну зносостійкість. Його кераміка демонструє сильну стійкість до вигину та стиснення, що робить його дуже міцним у складних умовах. Однак той самий міцний ковалентний зв’язок, який надає нітриду кремнію його міцність, також призводить до обмеженої пластичної деформації, тобто кристалічна структура має дуже мало систем ковзання. Це надає нітриду кремнію крихкість, що робить його більш схильним до руйнування під напругою.

Одна з ключових перевагнітрид кремніює його сильна хімічна стабільність, що випливає з просторової мережевої структури, утвореної тетраедричними одиницями нітриду кремнію. Це робить його високостійким до більшості неорганічних кислот і лугів, за винятком фтористоводневої кислоти, яка може викликати корозію матеріалу. Ця хімічна стійкість додає його надійності в агресивних хімічних середовищах, що ще більше розширює його потенційні можливості застосування в критичних галузях промисловості.

Кристалічні структури нітриду кремнію

Нітрид кремніюіснує в трьох різних кристалічних структурах: α-фазі, β-фазі та γ-фазі. Серед них фази α і β є найбільш часто спостережуваними та використовуваними формами Si3N4, обидві з яких належать до гексагональної кристалічної системи. Стабільна мережева структура цих фаз відповідає за відмінні механічні та термічні властивості, які роблять кераміку з нітриду кремнію ідеальною для різноманітних застосувань.

β-фаза (β-Si3N4) особливо важлива в інженерних додатках завдяки своїй чудовій продуктивності за високих температур і хімічній стійкості. Це найбільш широко використовувана кристалічна форма в таких галузях, як аерокосмічна промисловість, оборона та машинобудування. Наприклад, β-Si3N4 використовується у виробництві високоефективних керамічних деталей двигуна, роторів і статорів для газових турбін, а також механічних ущільнювальних кілець, де високо цінуються його самозмащувальні властивості та висока довговічність у екстремальних умовах.

Навпаки, γ-фаза (γ-Si3N4) є набагато менш поширеною формою нітриду кремнію, яку можна синтезувати лише в умовах високої температури та високого тиску. У результаті дослідження структур нітриду кремнію зосереджено насамперед на α- і β-фазах.

Висока теплопровідністьКерамічні підкладки з нітриду кремнію

Оскільки електронна промисловість продовжує розвиватися в напрямку більшої систематізації, інтелекту та інтеграції, вимоги до напівпровідникових пристроїв швидко зростають. Із зростанням споживаної потужності для електронних чіпів і щільнішої упаковки схем тепло, що виділяється під час роботи, стає серйозною проблемою. Ефективне розсіювання тепла стало критичним фактором у покращенні загальної продуктивності та ефективності напівпровідникових пристроїв, і саме тут нітрид кремнію відіграє життєво важливу роль.

Висока теоретична теплопровідність нітриду кремнію в поєднанні з чудовою електричною ізоляцією та стійкістю до окислення робить його ідеальним матеріалом для підкладок для високопотужної електронної упаковки. Крім того, його коефіцієнт теплового розширення майже відповідає коефіцієнту теплового розширення матеріалів, що використовуються в напівпровідникових чіпах, забезпечуючи структурну цілісність і мінімізуючи температурне навантаження під час роботи. Ці властивості дозволяють виготовляти високоефективні підкладки для розсіювання тепла в таких додатках, як високошвидкісні схеми, IGBT (біполярні транзистори з ізольованим затвором), LG (світловоди) і CPV (концентровані фотоелектричні системи).

Здатність нітриду кремнію ефективно розсіювати тепло, зберігаючи при цьому електричну ізоляцію та механічну стабільність, є важливою для пристроїв, що працюють із великою кількістю енергії. Його відмінні показники в цих областях не тільки забезпечують надійну роботу силових напівпровідників, але також сприяють мініатюризації та ефективності сучасних електронних систем.

Висновок

Таким чином, унікальне поєднання міцності, термостійкості, хімічної стабільності та теплопровідності нітриду кремнію робить його незамінним матеріалом у різноманітних високоефективних застосуваннях. Нітрид кремнію продовжує залишатися життєво важливим гравцем у розвитку сучасних технологій, починаючи від його використання в аерокосмічній галузі та обороні для виробництва міцних високотемпературних компонентів до його ролі у вирішенні проблем розсіювання тепла в потужних напівпровідникових пристроях. Оскільки дослідження продовжують досліджувати його властивості та потенціал, нітрид кремнію готовий залишатися чемпіоном у світі передових матеріалів.

Semicorex пропонує високу якістьПідкладка SiN. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com