Hvorfor er der stigende efterspørgsel efter SiC-keramik med høj termisk ledningsevne i halvlederindustrien?

For tiden,siliciumcarbid (SiC)er et meget aktivt forskningsområde inden for termisk ledende keramiske materialer både nationalt og internationalt. Med en teoretisk termisk ledningsevne, der kan nå op til 270 W/mK for visse krystaltyper,SiCer blandt de bedste inden for ikke-ledende materialer. Dets anvendelser spænder over halvlederenhedssubstrater, keramiske materialer med høj termisk ledningsevne, varmeapparater og varmeplader i halvlederbehandling, kapselmaterialer til nukleart brændsel og lufttætte tætninger i kompressorpumper.

Hvordan erSiliciumcarbidAnvendt i halvlederindustrien?

Slibeplader og armaturer er væsentligt procesudstyr i produktionen af ​​siliciumwafers inden for halvlederindustrien. Hvis slibeplader er lavet af støbejern eller kulstofstål, har de en tendens til at have en kort levetid og en høj termisk udvidelseskoefficient. Under siliciumwaferbehandlingen, især under højhastighedsslibning eller polering, gør sliddet og den termiske deformation af disse slibeplader det udfordrende at opretholde fladheden og paralleliteten af ​​siliciumwaferne. Imidlertid udviser slibeplader lavet af siliciumcarbid keramik høj hårdhed og lavt slid, med en termisk udvidelseskoefficient, der nøje matcher siliciumwafers, hvilket muliggør højhastighedsslibning og polering.

Under produktionen af ​​siliciumwafers kræves derudover varmebehandling ved høj temperatur, ofte ved hjælp af siliciumcarbidarmaturer til transport. Disse armaturer er modstandsdygtige over for varme og skader og kan belægges med diamantlignende kulstof (DLC) for at forbedre ydeevnen, afbøde waferskader og forhindre forureningsdiffusion. Som en repræsentant for tredjegenerations halvledermaterialer med bred båndgab har siliciumcarbid-enkeltkrystaller egenskaber såsom et bredt båndgab (ca. tre gange så stort som silicium), høj varmeledningsevne (ca. 3,3 gange så meget som silicium eller 10 gange så meget som silicium). af GaAs), høj elektronmætningshastighed (omkring 2,5 gange siliciums) og et elektrisk nedbrydningsfelt med høj nedbrydning (ca. 10 gange siliciums eller fem gange GaAs). Siliciumcarbidenheder kompenserer for manglerne ved traditionelle halvledermaterialeenheder i praktiske applikationer og er gradvist ved at blive mainstream i krafthalvledere.

Hvorfor er efterspørgslen efter høj termisk ledningsevneSiC Keramikbølgende?

Med kontinuerlige teknologiske fremskridt, efterspørgslen eftersiliciumcarbid keramiki halvlederindustrien er hastigt stigende. Høj termisk ledningsevne er en kritisk indikator for deres anvendelse i komponenter til fremstilling af halvledere, hvilket gør forskningen i høj termisk ledningsevneSiC keramikafgørende. Reduktion af gitterets iltindhold, forøgelse af tætheden og rationel styring af fordelingen af ​​den anden fase i gitteret er primære metoder til at øge den termiske ledningsevne afsiliciumcarbid keramik.

I øjeblikket forskning i høj termisk ledningsevneSiC keramiki Kina er begrænset og halter betydeligt bagefter globale standarder. Fremtidige forskningsretninger omfatter:

Styrkelse af forberedelsesprocessen forskning afSiC keramikpulvere, da fremstillingen af ​​SiC-pulver med høj renhed og lavt iltindhold er fundamental for at opnå høj termisk ledningsevneSiC keramik.

Forbedring af udvælgelsen og teoretisk forskning af sintringshjælpemidler.

Udvikling af avanceret sintringsudstyr, da regulering af sintringsprocessen for at opnå en rimelig mikrostruktur er afgørende for at opnå høj termisk ledningsevneSiC keramik.

Hvilke foranstaltninger kan forbedre den termiske ledningsevne afSiC Keramik?

Nøglen til at forbedre den termiske ledningsevne afSiC keramiker at reducere fononspredningsfrekvensen og øge den gennemsnitlige frie vej for fononer. Dette kan effektivt opnås ved at reducere porøsiteten og korngrænsedensiteten afSiC keramik, hvilket øger renheden af ​​SiC-korngrænser, minimerer urenheder eller defekter i SiC-gitteret og øger de termiske transportbærere i SiC. I øjeblikket er optimering af typen og indholdet af sintringshjælpemidler og højtemperatur varmebehandling primære foranstaltninger til at forbedre den termiske ledningsevne afSiC keramik.

Optimering af typen og indholdet af sintringshjælpemidler

Forskellige sintringshjælpemidler tilføjes ofte under fremstillingen af ​​høj termisk ledningsevneSiC keramik. Typen og indholdet af disse sintringshjælpemidler påvirker i væsentlig grad den termiske ledningsevne afSiC keramik. For eksempel kan elementer som Al eller O i Al2O3-systemets sintringshjælpemidler nemt opløses i SiC-gitteret, hvilket skaber ledige pladser og defekter og dermed øger fononspredningsfrekvensen. Ydermere, hvis indholdet af sintringshjælpemiddel er for lavt, vil materialet muligvis ikke fortættes under sintringen, hvorimod højt indhold af sintringshjælpemiddel kan føre til øgede urenheder og defekter. Overdreven væskefasesintringshjælpemidler kan også hæmme SiC-kornvækst, hvilket reducerer den gennemsnitlige frie vej for fonon. Derfor for at opnå høj termisk ledningsevneSiC keramik, er det nødvendigt at minimere indholdet af sintringshjælpemiddel og samtidig sikre fortætning og vælge sintringshjælpemidler, der ikke er letopløselige i SiC-gitteret.

I øjeblikket varmpressetSiC keramikBrug af BeO som sintringshjælpemiddel udviser den højeste termiske ledningsevne ved stuetemperatur (270 W·m-1·K-1). BeO er dog meget giftig og kræftfremkaldende, hvilket gør den uegnet til udbredt brug i laboratorier eller industrien. Y2O3-Al2O3-systemet har et eutektisk punkt ved 1760°C og er et almindeligt sintringshjælpemiddel i væskefase tilSiC keramik, men da Al3+ let opløses i SiC-gitteret,SiC keramikmed dette system som sintringshjælpemiddel har stuetemperatur varmeledningsevne under 200 W·m-1·K-1.

Sjældne jordarters grundstoffer som Y, Sm, Sc, Gd og La er ikke letopløselige i SiC-gitteret og har høj oxygenaffinitet, hvilket effektivt reducerer oxygenindholdet i SiC-gitteret. Derfor er Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) systemet almindeligvis brugt som sintringshjælp til fremstilling af høj termisk ledningsevne (>200 W·m-1·K-1)SiC keramik. For eksempel i Y2O3-Sc2O3-systemet er den ioniske afvigelse mellem Y3+ og Si4+ signifikant, hvilket forhindrer dannelsen af ​​faste opløsninger. Sc's opløselighed i ren SiC er relativt lav ved temperaturer på 1800~2600°C, ca. (2~3)×10^17 atomer·cm^-3.

De termiske egenskaber af SiC-keramik med forskellige sintringshjælpemidler

Højtemperatur varmebehandling

Højtemperatur varmebehandling afSiC keramikhjælper med at eliminere gitterdefekter, dislokationer og resterende stress, fremmer transformationen af ​​nogle amorfe strukturer til krystallinske strukturer og reducerer fononspredning. Derudover fremmer højtemperatur varmebehandling effektivt SiC-kornvækst, hvilket i sidste ende forbedrer materialets termiske egenskaber. For eksempel, efter højtemperatur varmebehandling ved 1950°C, er den termiske diffusivitet afSiC keramikøget fra 83,03 mm2·s-1 til 89,50 mm2·s-1, og den termiske ledningsevne ved stuetemperatur steg fra 180,94 W·m-1·K-1 til 192,17 W·m-1·K-1. Varmebehandling ved høj temperatur forbedrer markant deoxidationsevnen af ​​sintringshjælpemidler på SiC-overfladen og -gitteret og strammer SiC-kornforbindelserne. Som følge heraf er rumtemperaturens varmeledningsevne afSiC keramiker særligt forbedret efter varmebehandling ved høj temperatur.**

Vi hos Semicorex er specialiserede iSiC Keramikog andre keramiske materialer anvendt i halvlederfremstilling, hvis du har nogen forespørgsler eller har brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com