Γιατί υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για κεραμικά SiC υψηλής θερμικής αγωγιμότητας στη βιομηχανία ημιαγωγών;

Τη στιγμή,καρβίδιο του πυριτίου (SiC)είναι ένας ιδιαίτερα ενεργός τομέας έρευνας στα θερμικά αγώγιμα κεραμικά υλικά τόσο στο εσωτερικό όσο και στο διεθνές. Με θεωρητική θερμική αγωγιμότητα που μπορεί να φτάσει έως και 270 W/mK για ορισμένους τύπους κρυστάλλων,Ούτωείναι μεταξύ των κορυφαίων επιδόσεων σε μη αγώγιμα υλικά. Οι εφαρμογές του εκτείνονται σε υποστρώματα συσκευών ημιαγωγών, κεραμικά υλικά υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, θερμάστρες και θερμαντικές πλάκες στην επεξεργασία ημιαγωγών, υλικά κάψουλας για πυρηνικά καύσιμα και αεροστεγείς σφραγίσεις σε αντλίες συμπιεστών.

Πώς είναιΚαρβίδιο του πυριτίουΕφαρμόζεται στη βιομηχανία ημιαγωγών;

Οι πλάκες λείανσης και τα εξαρτήματα είναι απαραίτητος εξοπλισμός διαδικασίας για την παραγωγή πλακών πυριτίου στη βιομηχανία ημιαγωγών. Εάν οι πλάκες λείανσης είναι κατασκευασμένες από χυτοσίδηρο ή ανθρακούχο χάλυβα, τείνουν να έχουν μικρή διάρκεια ζωής και υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας πλακών πυριτίου, ειδικά κατά τη διάρκεια λείανσης ή στίλβωσης υψηλής ταχύτητας, η φθορά και η θερμική παραμόρφωση αυτών των πλακών λείανσης καθιστούν δύσκολη τη διατήρηση της επιπεδότητας και του παραλληλισμού των πλακών πυριτίου. Ωστόσο, οι πλάκες λείανσης από κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου παρουσιάζουν υψηλή σκληρότητα και χαμηλή φθορά, με συντελεστή θερμικής διαστολής που ταιριάζει πολύ με εκείνον των πλακών πυριτίου, επιτρέποντας λείανση και στίλβωση υψηλής ταχύτητας.

Επιπλέον, κατά την παραγωγή πλακών πυριτίου, απαιτείται θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας, συχνά χρησιμοποιώντας εξαρτήματα καρβιδίου του πυριτίου για τη μεταφορά. Αυτά τα εξαρτήματα είναι ανθεκτικά στη θερμότητα και τη φθορά και μπορούν να επικαλυφθούν με άνθρακα που μοιάζει με διαμάντι (DLC) για τη βελτίωση της απόδοσης, τον μετριασμό της ζημιάς των πλακιδίων και την πρόληψη της διάχυσης της μόλυνσης. Επιπλέον, ως εκπρόσωπος των ημιαγωγών υλικών ευρείας ζώνης τρίτης γενιάς, οι μονοκρυστάλλοι καρβιδίου του πυριτίου διαθέτουν ιδιότητες όπως μεγάλο διάκενο ζώνης (περίπου τρεις φορές μεγαλύτερο από αυτό του πυριτίου), υψηλή θερμική αγωγιμότητα (περίπου 3,3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του πυριτίου ή 10 φορές μεγαλύτερη GaAs), υψηλή ταχύτητα κορεσμού ηλεκτρονίων (περίπου 2,5 φορές αυτή του πυριτίου) και ηλεκτρικό πεδίο υψηλής διάσπασης (περίπου 10 φορές αυτό του πυριτίου ή πενταπλάσιο από αυτό του GaAs). Οι συσκευές καρβιδίου του πυριτίου αντισταθμίζουν τα μειονεκτήματα των παραδοσιακών συσκευών ημιαγωγών υλικών σε πρακτικές εφαρμογές και σταδιακά γίνονται κυρίαρχα στους ημιαγωγούς ισχύος.

Γιατί είναι η ζήτηση για υψηλή θερμική αγωγιμότηταΚεραμικά ΟύτωΟγκούμενος;

Με τις συνεχείς τεχνολογικές εξελίξεις, η ζήτηση γιακεραμικά καρβιδίου του πυριτίουστη βιομηχανία ημιαγωγών αυξάνεται ραγδαία. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα είναι ένας κρίσιμος δείκτης για την εφαρμογή τους σε εξαρτήματα εξοπλισμού κατασκευής ημιαγωγών, καθιστώντας την έρευνα για την υψηλή θερμική αγωγιμότηταΚεραμικά Ούτωκρίσιμος. Η μείωση της περιεκτικότητας του πλέγματος σε οξυγόνο, η αύξηση της πυκνότητας και ο ορθολογικός έλεγχος της κατανομής της δεύτερης φάσης στο πλέγμα είναι πρωταρχικές μέθοδοι για την ενίσχυση της θερμικής αγωγιμότητας τουκεραμικά καρβιδίου του πυριτίου.

Επί του παρόντος, η έρευνα για την υψηλή θερμική αγωγιμότηταΚεραμικά Ούτωστην Κίνα είναι περιορισμένη και υστερεί σημαντικά σε σχέση με τα παγκόσμια πρότυπα. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας περιλαμβάνουν:

Ενίσχυση της έρευνας διαδικασίας προετοιμασίας τουΚεραμικό Ούτωσκόνες, καθώς η παρασκευή σκόνης SiC υψηλής καθαρότητας και χαμηλού οξυγόνου είναι θεμελιώδης για την επίτευξη υψηλής θερμικής αγωγιμότηταςΚεραμικά Ούτω.

Ενίσχυση της επιλογής και της θεωρητικής έρευνας βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης.

Ανάπτυξη εξοπλισμού πυροσυσσωμάτωσης υψηλής τεχνολογίας, καθώς η ρύθμιση της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης για την απόκτηση μιας λογικής μικροδομής είναι απαραίτητη για την απόκτηση υψηλής θερμικής αγωγιμότηταςΚεραμικά Ούτω.

Ποια μέτρα μπορούν να βελτιώσουν τη θερμική αγωγιμότητα τουΚεραμικά Ούτω?

Το κλειδί για τη βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας τουΚεραμικά Ούτωείναι η μείωση της συχνότητας σκέδασης των φωνονίων και η αύξηση της μέσης ελεύθερης διαδρομής των φωνονίων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματικά με τη μείωση του πορώδους και της οριακής πυκνότητας κόκκωνΚεραμικά Ούτω, ενισχύοντας την καθαρότητα των ορίων κόκκων SiC, ελαχιστοποιώντας τις ακαθαρσίες ή ελαττώματα στο πλέγμα SiC και αυξάνοντας τους φορείς θερμικής μεταφοράς στο SiC. Επί του παρόντος, η βελτιστοποίηση του τύπου και του περιεχομένου των βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης και η θερμική επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία είναι πρωταρχικά μέτρα για την ενίσχυση της θερμικής αγωγιμότητας τουΚεραμικά Ούτω.

Βελτιστοποίηση του τύπου και του περιεχομένου των βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης

Συχνά προστίθενται διάφορα βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης κατά την προετοιμασία υψηλής θερμικής αγωγιμότηταςΚεραμικά Ούτω. Ο τύπος και το περιεχόμενο αυτών των βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης επηρεάζουν σημαντικά τη θερμική αγωγιμότητα τουΚεραμικά Ούτω. Για παράδειγμα, στοιχεία όπως το Al ή το O στα βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης του συστήματος Al2O3 μπορούν εύκολα να διαλυθούν στο πλέγμα SiC, δημιουργώντας κενές θέσεις και ελαττώματα, αυξάνοντας έτσι τη συχνότητα σκέδασης φωνονίων. Επιπλέον, εάν η περιεκτικότητα σε βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης είναι πολύ χαμηλή, το υλικό μπορεί να μην συμπυκνωθεί κατά τη σύντηξη, ενώ η υψηλή περιεκτικότητα σε βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες ακαθαρσίες και ελαττώματα. Τα υπερβολικά βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης υγρής φάσης μπορεί επίσης να αναστείλουν την ανάπτυξη κόκκων SiC, μειώνοντας τη μέση ελεύθερη διαδρομή των φωνονίων. Επομένως, για να επιτευχθεί υψηλή θερμική αγωγιμότηταΚεραμικά Ούτω, είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιηθεί η περιεκτικότητα σε βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης με παράλληλη διασφάλιση της συμπύκνωσης και να επιλεγούν βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης που δεν είναι εύκολα διαλυτά στο πλέγμα SiC.

Επί του παρόντος, θερμής πίεσηςΚεραμικά Ούτωχρησιμοποιώντας BeO ως βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης παρουσιάζουν την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου (270 W·m-1·K-1). Ωστόσο, το BeO είναι εξαιρετικά τοξικό και καρκινογόνο, καθιστώντας το ακατάλληλο για ευρεία χρήση σε εργαστήρια ή στη βιομηχανία. Το σύστημα Y2O3-Al2O3 έχει ευτηκτικό σημείο στους 1760°C και είναι ένα κοινό βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης υγρής φάσης γιαΚεραμικά Ούτω, αλλά επειδή το Al3+ διαλύεται εύκολα στο πλέγμα SiC,Κεραμικά Ούτωμε αυτό το σύστημα ως βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης έχουν θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου κάτω από 200 W·m-1·K-1.

Στοιχεία σπανίων γαιών όπως τα Y, Sm, Sc, Gd και La δεν είναι εύκολα διαλυτά στο πλέγμα SiC και έχουν υψηλή συγγένεια οξυγόνου, μειώνοντας αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο πλέγμα SiC. Επομένως, το σύστημα Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) χρησιμοποιείται συνήθως ως βοήθημα πυροσυσσωμάτωσης για την προετοιμασία υψηλής θερμικής αγωγιμότητας (>200 W·m-1·K-1)Κεραμικά Ούτω. Για παράδειγμα, στο σύστημα Y2O3-Sc2O3, η ιοντική απόκλιση μεταξύ Y3+ και Si4+ είναι σημαντική, αποτρέποντας το σχηματισμό στερεών διαλυμάτων. Η διαλυτότητα του Sc σε καθαρό SiC είναι σχετικά χαμηλή σε θερμοκρασίες 1800~2600°C, περίπου (2~3)×10^17 άτομα·cm^-3.

Οι θερμικές ιδιότητες των κεραμικών SiC με διαφορετικά βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης

Θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας

Θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας τουΚεραμικά Ούτωβοηθά στην εξάλειψη των ελαττωμάτων του πλέγματος, των εξαρθρώσεων και της υπολειπόμενης τάσης, προάγοντας τον μετασχηματισμό ορισμένων άμορφων δομών σε κρυσταλλικές δομές και μειώνοντας τη σκέδαση των φωνονίων. Επιπλέον, η θερμική επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία προάγει αποτελεσματικά την ανάπτυξη κόκκων SiC, ενισχύοντας τελικά τις θερμικές ιδιότητες του υλικού. Για παράδειγμα, μετά από θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας στους 1950°C, η θερμική διάχυση τουΚεραμικά Ούτωαυξήθηκε από 83,03 mm2·s-1 σε 89,50 mm2·s-1, και η θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου αυξήθηκε από 180,94 W·m-1·K-1 σε 192,17 W·m-1·K-1. Η θερμική επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα αποξείδωσης των βοηθημάτων πυροσυσσωμάτωσης στην επιφάνεια και το πλέγμα SiC και συσφίγγει τις συνδέσεις κόκκων SiC. Κατά συνέπεια, η θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου τουΚεραμικά Ούτωενισχύεται σημαντικά μετά από θερμική επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία.**

Εμείς στη Semicorex ειδικευόμαστε σεΚεραμικά Ούτωκαι άλλα Κεραμικά Υλικά που εφαρμόζονται στην κατασκευή ημιαγωγών, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com