Чому в напівпровідниковій промисловості зростає попит на SiC-кераміку з високою теплопровідністю?

в даний часкарбід кремнію (SiC)є дуже активним напрямком досліджень теплопровідних керамічних матеріалів як усередині країни, так і за кордоном. Завдяки теоретичній теплопровідності, яка може досягати до 270 Вт/мК для певних типів кристалів,SiCє одним із найкращих виконавців у непровідних матеріалах. Його застосування охоплює підкладки напівпровідникових пристроїв, керамічні матеріали з високою теплопровідністю, нагрівачі та гарячі плити в обробці напівпровідників, капсульні матеріали для ядерного палива та герметичні ущільнення в компресорних насосах.

Як цеКарбід кремніюЗастосовується в напівпровідниковій промисловості?

Шліфувальні пластини та пристосування є важливим технологічним обладнанням у виробництві кремнієвих пластин у напівпровідниковій промисловості. Якщо шліфувальні пластини виготовлені з чавуну або вуглецевої сталі, вони, як правило, мають короткий термін служби та високий коефіцієнт теплового розширення. Під час обробки кремнієвих пластин, особливо під час високошвидкісного шліфування або полірування, знос і термічна деформація цих шліфувальних пластин ускладнює підтримку плоскості та паралельності кремнієвих пластин. Проте шліфувальні пластини, виготовлені з кераміки з карбіду кремнію, мають високу твердість і низький рівень зношування, а коефіцієнт теплового розширення близько дорівнює коефіцієнту теплового розширення кремнієвих пластин, що забезпечує високу швидкість шліфування та полірування.

Крім того, під час виробництва кремнієвих пластин необхідна високотемпературна термічна обробка, для транспортування часто використовуються пристосування з карбіду кремнію. Ці світильники стійкі до тепла та пошкоджень і можуть бути покриті алмазоподібним вуглецем (DLC) для покращення продуктивності, пом’якшення пошкодження пластини та запобігання дифузії забруднень. Крім того, як представник широкозонних напівпровідникових матеріалів третього покоління, монокристали карбіду кремнію мають такі властивості, як широка заборонена зона (приблизно втричі більша, ніж у кремнію), висока теплопровідність (приблизно в 3,3 рази більша, ніж у кремнію, або в 10 разів більша). GaAs), висока швидкість насичення електронами (приблизно в 2,5 рази більша, ніж у кремнію), і сильне електричне поле пробою (приблизно в 10 разів більше, ніж у кремнію або в п’ять разів більше, ніж у GaAs). Пристрої з карбіду кремнію компенсують недоліки традиційних пристроїв із напівпровідникових матеріалів у практичних застосуваннях і поступово стають основними в силових напівпровідниках.

Чому існує попит на високу теплопровідністьКераміка SiCПідйом?

З постійним технологічним прогресом попит накераміка з карбіду кремніюу напівпровідниковій промисловості стрімко зростає. Висока теплопровідність є критичним показником для їх застосування в компонентах обладнання для виробництва напівпровідників, що робить дослідження високої теплопровідностіSiC керамікавирішальне значення. Зменшення вмісту кисню в решітці, збільшення густини і раціональне регулювання розподілу другої фази в решітці є основними методами підвищення теплопровідностікераміка з карбіду кремнію.

В даний час проводяться дослідження з високої теплопровідностіSiC керамікау Китаї є обмеженим і значно відстає від світових стандартів. Майбутні напрямки досліджень включають:

Посилення процесу підготовки дослідженняSiC керамікапорошки, оскільки приготування порошку SiC високої чистоти з низьким вмістом кисню є фундаментальним для досягнення високої теплопровідностіSiC кераміка.

Посилення вибору та теоретичних досліджень допоміжних речовин для спікання.

Розробка високоякісного обладнання для спікання, оскільки регулювання процесу спікання для отримання прийнятної мікроструктури має важливе значення для отримання високої теплопровідностіSiC кераміка.

Якими заходами можна покращити теплопровідністьКераміка SiC?

Ключ до підвищення теплопровідностіSiC керамікаполягає в зменшенні частоти розсіювання фононів і збільшенні середньої довжини вільного пробігу фононів. Цього можна ефективно досягти шляхом зменшення пористості та щільності меж зеренSiC кераміка, підвищуючи чистоту меж зерен SiC, мінімізуючи домішки або дефекти в решітці SiC і збільшуючи носії теплового транспорту в SiC. В даний час оптимізація типу та вмісту допоміжних речовин для спікання та високотемпературна термічна обробка є основними заходами для підвищення теплопровідностіSiC кераміка.

Оптимізація типу та вмісту допоміжних речовин для спікання

Різні добавки для спікання часто додають під час приготування високотеплопровідних матеріалівSiC кераміка. Тип і вміст цих допоміжних речовин для спікання суттєво впливають на теплопровідністьSiC кераміка. Наприклад, такі елементи, як Al або O в допоміжних засобах для спікання системи Al2O3, можуть легко розчинятися в решітці SiC, створюючи вакансії та дефекти, таким чином збільшуючи частоту розсіювання фононів. Крім того, якщо вміст допоміжних речовин для спікання занадто низький, матеріал може не ущільнитися під час спікання, тоді як високий вміст допоміжних речовин для спікання може призвести до збільшення кількості домішок і дефектів. Надмірна кількість допоміжних речовин для спікання в рідкій фазі також може перешкоджати росту зерен SiC, зменшуючи довжину вільного пробігу фононів. Таким чином, досягти високої теплопровідностіSiC кераміка, необхідно мінімізувати вміст допоміжних речовин для спікання, одночасно забезпечуючи ущільнення, і вибрати допоміжні речовини для спікання, які важко розчиняються в решітці SiC.

В даний час гарячого пресуванняSiC керамікавикористання BeO як добавки для спікання демонструє найвищу теплопровідність при кімнатній температурі (270 Вт·м-1·K-1). Однак BeO є високотоксичним і канцерогенним, що робить його непридатним для широкого використання в лабораторіях або промисловості. Система Y2O3-Al2O3 має евтектичну точку при 1760°C і є звичайною рідиннофазною допоміжною речовиною для спіканняSiC кераміка, але оскільки Al3+ легко розчиняється в ґратці SiC,SiC кераміказ цією системою в якості допоміжного засобу спікання мають теплопровідність при кімнатній температурі нижче 200 Вт·м-1·K-1.

Рідкоземельні елементи, такі як Y, Sm, Sc, Gd і La, важко розчиняються в решітці SiC і мають високу спорідненість до кисню, ефективно знижуючи вміст кисню в решітці SiC. Таким чином, система Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) зазвичай використовується як допоміжний засіб для спікання для отримання високої теплопровідності (>200 Вт·м-1·K-1)SiC кераміка. Наприклад, у системі Y2O3-Sc2O3 іонне відхилення між Y3+ і Si4+ є значним, що перешкоджає утворенню твердих розчинів. Розчинність Sc у чистому SiC є відносно низькою при температурах 1800~2600°C, приблизно (2~3)×10^17 атомів·см^-3.

Термічні властивості SiC кераміки з різними допоміжними речовинами для спікання

Високотемпературна термічна обробка

Високотемпературна термічна обробкаSiC керамікадопомагає усунути дефекти решітки, дислокації та залишкову напругу, сприяючи перетворенню деяких аморфних структур у кристалічні та зменшуючи розсіювання фононів. Крім того, високотемпературна термічна обробка ефективно сприяє зростанню зерен SiC, зрештою покращуючи теплові властивості матеріалу. Наприклад, після високотемпературної термічної обробки при 1950°C коефіцієнт теплопровідностіSiC кераміказросла з 83,03 мм2·с-1 до 89,50 мм2·с-1, а теплопровідність при кімнатній температурі зросла з 180,94 Вт·м-1·K-1 до 192,17 Вт·м-1·K-1. Високотемпературна термічна обробка значно покращує здатність до розкислення допоміжних засобів спікання на поверхні та решітці SiC і ущільнює з’єднання зерен SiC. Отже, теплопровідність кімнатної температуриSiC керамікапомітно покращується після високотемпературної термообробки.**

Ми в Semicorex спеціалізуємося наКераміка SiCта інші керамічні матеріали, що застосовуються у виробництві напівпровідників, якщо у вас є запитання або вам потрібні додаткові відомості, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон: +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com