Защо има нарастващо търсене на SiC керамика с висока топлопроводимост в полупроводниковата индустрия?

в момента,силициев карбид (SiC)е силно активна област на изследване на топлопроводими керамични материали както в страната, така и в международен план. С теоретична топлопроводимост, която може да достигне до 270 W/mK за определени типове кристали,SiCе сред най-добрите изпълнители в непроводимите материали. Неговите приложения обхващат субстрати на полупроводникови устройства, керамични материали с висока топлопроводимост, нагреватели и горещи плочи в обработката на полупроводници, капсулни материали за ядрено гориво и херметични уплътнения в компресорни помпи.

Как еСилициев карбидПрилага се в полупроводниковата индустрия?

Шлифовъчните плочи и приспособления са основно технологично оборудване в производството на силициеви пластини в полупроводниковата индустрия. Ако шлифовъчните плочи са направени от чугун или въглеродна стомана, те обикновено имат кратък живот и висок коефициент на топлинно разширение. По време на обработката на силиконова пластина, особено по време на високоскоростно шлайфане или полиране, износването и термичната деформация на тези шлифовъчни пластини правят предизвикателство поддържането на плоскостта и успоредността на силициевите пластини. Въпреки това, шлифовъчните плочи, изработени от керамика от силициев карбид, показват висока твърдост и ниско износване, с коефициент на топлинно разширение, който е близък до този на силициевите пластини, което позволява високоскоростно шлайфане и полиране.

Освен това по време на производството на силициеви пластини е необходима високотемпературна термична обработка, като често се използват приспособления от силициев карбид за транспортиране. Тези приспособления са устойчиви на топлина и повреди и могат да бъдат покрити с подобен на диамант въглерод (DLC) за подобряване на производителността, смекчаване на повредата на пластините и предотвратяване на разпространението на замърсяване. Освен това, като представител на широколентовите полупроводникови материали от трето поколение, монокристалите от силициев карбид притежават свойства като широка забранена зона (приблизително три пъти по-голяма от тази на силиция), висока топлопроводимост (около 3,3 пъти по-голяма от тази на силиция или 10 пъти по-голяма от тази на силиция на GaAs), висока скорост на насищане с електрони (около 2,5 пъти по-голяма от тази на силиций) и силно пробивно електрическо поле (приблизително 10 пъти по-голямо от това на силиций или пет пъти по-голямо от това на GaAs). Устройствата от силициев карбид компенсират недостатъците на традиционните устройства от полупроводникови материали в практическите приложения и постепенно се превръщат в мейнстрийм в силовите полупроводници.

Защо е търсенето на висока топлопроводимостSiC керамикаПокачване?

С непрекъснатия технологичен напредък, търсенето насилициево-карбидна керамикав полупроводниковата индустрия бързо нараства. Високата топлопроводимост е критичен показател за тяхното приложение в компонентите на оборудването за производство на полупроводници, което прави изследванията за висока топлопроводимостSiC керамикаот решаващо значение. Намаляването на съдържанието на кислород в решетката, увеличаването на плътността и рационалното контролиране на разпределението на втората фаза в решетката са основни методи за подобряване на топлопроводимостта насилициево-карбидна керамика.

В момента се провеждат изследвания за висока топлопроводимостSiC керамикав Китай е ограничено и значително изостава от световните стандарти. Бъдещите насоки на изследване включват:

Укрепване на подготвителния процес изследване наSiC керамикапрахове, тъй като подготовката на SiC прах с висока чистота и ниско съдържание на кислород е фундаментална за постигане на висока топлопроводимостSiC керамика.

Подобряване на селекцията и теоретичните изследвания на помощни средства за синтероване.

Разработване на оборудване за синтероване от висок клас, тъй като регулирането на процеса на синтероване за получаване на разумна микроструктура е от съществено значение за придобиване на висока топлопроводимостSiC керамика.

Какви мерки могат да подобрят топлопроводимостта наSiC керамика?

Ключът към подобряване на топлопроводимостта наSiC керамикае да се намали честотата на разсейване на фононите и да се увеличи средният свободен път на фононите. Това може да се постигне ефективно чрез намаляване на порьозността и плътността на границите на зърнатаSiC керамика, подобряване на чистотата на границите на зърната на SiC, минимизиране на примесите или дефекти в решетката на SiC и увеличаване на топлинните транспортни носители в SiC. Понастоящем оптимизирането на вида и съдържанието на спомагателните вещества за синтероване и високотемпературната термична обработка са основни мерки за подобряване на топлопроводимостта наSiC керамика.

Оптимизиране на вида и съдържанието на спомагателните средства за синтероване

Различни добавки за синтероване често се добавят по време на приготвянето на продукти с висока топлопроводимостSiC керамика. Видът и съдържанието на тези спомагателни вещества за синтероване значително влияят върху топлопроводимостта наSiC керамика. Например, елементи като Al или O в помощните средства за синтероване на системата Al2O3 могат лесно да се разтворят в решетката на SiC, създавайки празни места и дефекти, като по този начин увеличават честотата на разсейване на фонони. Освен това, ако съдържанието на добавка за синтероване е твърде ниско, материалът може да не се уплътни по време на синтероването, докато високото съдържание на добавка за синтероване може да доведе до повишени примеси и дефекти. Прекомерните добавки за синтероване в течна фаза могат също да попречат на растежа на SiC зърната, намалявайки средния свободен път на фонона. Следователно, за да се постигне висока топлопроводимостSiC керамика, е необходимо да се сведе до минимум съдържанието на спомагателни вещества за синтероване, като същевременно се осигури уплътняване, и да се изберат спомагателни вещества за синтероване, които не са лесно разтворими в SiC решетката.

В момента, горещо пресованоSiC керамикаизползвайки BeO като помощно средство за синтероване, показват най-висока топлопроводимост при стайна температура (270 W·m-1·K-1). Въпреки това BeO е силно токсичен и канцерогенен, което го прави неподходящ за широко използване в лаборатории или промишленост. Системата Y2O3-Al2O3 има евтектична точка при 1760°C и е често използвано средство за синтероване в течна фаза заSiC керамика, но тъй като Al3+ лесно се разтваря в решетката на SiC,SiC керамикас тази система като помощно средство за синтероване имат топлопроводимост при стайна температура под 200 W·m-1·K-1.

Редкоземните елементи като Y, Sm, Sc, Gd и La не са лесно разтворими в решетката на SiC и имат висок афинитет към кислорода, което ефективно намалява съдържанието на кислород в решетката на SiC. Следователно системата Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) обикновено се използва като помощно средство за синтероване за приготвяне на продукти с висока топлопроводимост (>200 W·m-1·K-1)SiC керамика. Например в системата Y2O3-Sc2O3 йонното отклонение между Y3+ и Si4+ е значително, което предотвратява образуването на твърди разтвори. Разтворимостта на Sc в чист SiC е сравнително ниска при температури от 1800~2600°C, приблизително (2~3)×10^17 атома·cm^-3.

Термичните свойства на SiC керамиката с различни добавки за синтероване

Високотемпературна термична обработка

Високотемпературна топлинна обработка наSiC керамикапомага за елиминирането на дефекти на решетката, дислокации и остатъчно напрежение, насърчавайки трансформацията на някои аморфни структури в кристални структури и намалявайки разсейването на фонони. Освен това високотемпературната топлинна обработка ефективно насърчава растежа на SiC зърната, като в крайна сметка подобрява термичните свойства на материала. Например след високотемпературна топлинна обработка при 1950°C коефициентът на топлинна дифузия наSiC керамикасе увеличи от 83,03 mm2·s-1 до 89,50 mm2·s-1, а топлопроводимостта при стайна температура се увеличи от 180,94 W·m-1·K-1 на 192,17 W·m-1·K-1. Високотемпературната топлинна обработка значително подобрява способността за дезоксидиране на спомагателните вещества за синтероване на SiC повърхността и решетката и затяга връзките на SiC зърната. Следователно, топлопроводимостта при стайна температура наSiC керамикасе подобрява значително след топлинна обработка при висока температура.**

Ние от Semicorex сме специализирани вSiC керамикаи други керамични материали, използвани в производството на полупроводници, ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля, не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка: +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com