نیترید سیلیکون چیست؟

نیترید سیلیکون (Si3N4)یک ماده کلیدی در توسعه سرامیک های ساختاری پیشرفته با دمای بالا است. این محصول که به دلیل خواص استثنایی خود مانند مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش، چگالی کم، استحکام بالا و سختی شناخته شده است، به عنوان "قهرمان همه کاره دنیای مواد" شهرت پیدا کرده است. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد سرامیک‌های نیترید سیلیکون را در طیف وسیعی از زمینه‌های پیشرفته، از جمله مهندسی مکانیک، هوافضا، دفاع ملی، فناوری نیمه‌رسانا و حتی کاربردهای زیست‌پزشکی ضروری ساخته است.

نیترید سیلیکونیک ترکیب غیرآلی و غیر فلزی متشکل از واحدهای چهار وجهی Si-N است که با یک پیوند کووالانسی قوی بین اتم ها مشخص می شود. استحکام پیوند بالا بین اتم‌های سیلیکون و نیتروژن، Si3N4 را با خواص مکانیکی برجسته، از جمله سختی برتر و مقاومت در برابر سایش عالی، به ارمغان می‌آورد. سرامیک های آن مقاومت خمشی و فشاری قوی را نشان می دهند که باعث می شود در محیط های سخت دوام بالایی داشته باشد. با این حال، همان پیوند کووالانسی قوی که به نیترید سیلیکون استحکام آن را می بخشد، منجر به تغییر شکل پلاستیک محدود می شود، به این معنی که ساختار کریستالی دارای سیستم های لغزش بسیار کمی است. این به نیترید سیلیکون ماهیتی شکننده می دهد و آن را مستعد شکستگی تحت استرس می کند.

یکی از مزایای کلیدینیترید سیلیکونپایداری شیمیایی قوی آن است که از ساختار شبکه فضایی تشکیل شده توسط واحدهای چهار وجهی نیترید سیلیکون ناشی می شود. این باعث می شود که در برابر اکثر اسیدها و بازهای معدنی بسیار مقاوم باشد، به جز اسید هیدروفلوریک، که می تواند مواد را خورده کند. این استحکام شیمیایی به قابلیت اطمینان آن در محیط های شیمیایی خشن می افزاید و کاربردهای بالقوه آن را در صنایع حیاتی بیشتر گسترش می دهد.

ساختارهای کریستالی نیترید سیلیکون

نیترید سیلیکوندر سه ساختار کریستالی مختلف وجود دارد: فاز α، فاز β و فاز γ. در این میان، فازهای α و β رایج‌ترین شکل‌های مشاهده شده و مورد استفاده Si3N4 هستند که هر دو به سیستم کریستالی شش ضلعی تعلق دارند. ساختار شبکه پایدار این فازها مسئول خواص مکانیکی و حرارتی عالی است که سرامیک نیترید سیلیکون را برای کاربردهای مختلف ایده آل می کند.

فاز β (β-Si3N4) به دلیل عملکرد برتر در دماهای بالا و مقاومت شیمیایی در کاربردهای مهندسی اهمیت ویژه ای دارد. پرکاربردترین شکل کریستالی در صنایعی مانند هوافضا، دفاع و مهندسی مکانیک است. به عنوان مثال، β-Si3N4 در ساخت قطعات موتور سرامیکی با کارایی بالا، روتورها و استاتورها برای توربین های گاز، و حلقه های مهر و موم مکانیکی استفاده می شود، که در آن خواص خود روانکاری و دوام بالا در شرایط سخت بسیار ارزشمند است.

در مقابل، فاز γ (γ-Si3N4) شکل بسیار کمتری از نیترید سیلیکون است که تنها در شرایط دمای بالا و فشار بالا می‌تواند سنتز شود. در نتیجه، تحقیقات بر روی ساختارهای نیترید سیلیکون در درجه اول بر روی فازهای α و β متمرکز شده است.

هدایت حرارتی بالابسترهای سرامیکی سیلیکون نیترید

همانطور که صنعت الکترونیک به سمت سیستم سازی، هوشمندی و یکپارچگی بیشتر تکامل می یابد، تقاضا برای دستگاه های نیمه هادی به سرعت در حال افزایش است. با افزایش توان ورودی به تراشه های الکترونیکی و مدارهای فشرده تر، گرمای تولید شده در حین کار به یک چالش مهم تبدیل می شود. اتلاف گرمای کارآمد به یک عامل حیاتی در بهبود عملکرد و کارایی کلی دستگاه های نیمه هادی تبدیل شده است و اینجاست که نیترید سیلیکون نقش حیاتی ایفا می کند.

هدایت حرارتی بالای نیترید سیلیکون، همراه با عایق الکتریکی عالی و مقاومت در برابر اکسیداسیون، آن را به یک ماده ایده آل برای بسترهای بسته بندی الکترونیکی پرقدرت تبدیل می کند. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی آن با مواد مورد استفاده در تراشه های نیمه هادی مطابقت دارد و یکپارچگی ساختاری را تضمین می کند و تنش حرارتی را در حین کار به حداقل می رساند. این ویژگی‌ها تولید زیرلایه‌های با کارایی بالا را برای اتلاف گرما در کاربردهایی مانند مدارهای پرسرعت، IGBTs (ترانزیستورهای دوقطبی دروازه عایق)، LG (راهنماهای نور)، و CPV (فتوولتائیک متمرکز) امکان‌پذیر می‌سازد.

توانایی نیترید سیلیکون برای دفع موثر گرما، در حالی که عایق الکتریکی و پایداری مکانیکی را حفظ می‌کند، برای دستگاه‌هایی که قدرت زیادی را اداره می‌کنند، ضروری است. عملکرد عالی آن در این زمینه ها نه تنها عملکرد قابل اعتماد نیمه هادی های قدرت را تضمین می کند، بلکه به کوچک سازی و کارایی سیستم های الکترونیکی مدرن کمک می کند.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، ترکیب منحصر به فرد نیترید سیلیکون از استحکام، مقاومت در برابر حرارت، پایداری شیمیایی و هدایت حرارتی آن را به یک ماده ضروری در انواع کاربردهای با کارایی بالا تبدیل می‌کند. نیترید سیلیکون از کاربرد آن در هوافضا و دفاع برای تولید اجزای بادوام و با دمای بالا گرفته تا نقش آن در حل چالش‌های اتلاف گرما در دستگاه‌های نیمه‌رسانای پرقدرت، همچنان یک بازیگر حیاتی در پیشرفت فناوری‌های مدرن است. همانطور که تحقیقات برای کشف خواص و پتانسیل آن ادامه دارد، نیترید سیلیکون آماده است تا یک قهرمان در دنیای مواد پیشرفته باقی بماند.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدبستر SiN. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com