چرا تقاضا برای سرامیک های SiC با رسانایی حرارتی بالا در صنعت نیمه هادی ها افزایش می یابد؟

در حال حاضر،کاربید سیلیکون (SiC)یک حوزه تحقیقاتی بسیار فعال در زمینه مواد سرامیکی رسانای حرارتی در داخل و خارج از کشور است. با رسانایی حرارتی نظری که می تواند تا 270 W/mK برای انواع کریستال های خاص برسد.SiCیکی از بهترین عملکردها در مواد غیر رسانا است. کاربردهای آن در زیرلایه های دستگاه های نیمه هادی، مواد سرامیکی با رسانایی حرارتی بالا، بخاری ها و صفحات داغ در پردازش نیمه هادی، مواد کپسولی برای سوخت هسته ای و مهر و موم های ضد هوا در پمپ های کمپرسور را شامل می شود.

چگونه استسیلیکون کاربیددر صنعت نیمه هادی ها کاربرد دارید؟

صفحات سنگ زنی و فیکسچرها تجهیزات فرآیندی ضروری در تولید ویفرهای سیلیکونی در صنعت نیمه هادی هستند. اگر صفحات آسیاب از چدن یا فولاد کربنی ساخته شده باشند، عمر کوتاه و ضریب انبساط حرارتی بالایی دارند. در طول پردازش ویفر سیلیکونی، به ویژه در هنگام سنگ زنی یا پرداخت با سرعت بالا، سایش و تغییر شکل حرارتی این صفحات آسیاب، حفظ صافی و موازی بودن ویفرهای سیلیکونی را به چالش می کشد. با این حال، صفحات آسیاب ساخته شده از سرامیک کاربید سیلیکون، سختی بالا و سایش کم را نشان می دهند، با ضریب انبساط حرارتی که نزدیک به ویفرهای سیلیکونی است، و امکان سنگ زنی و پرداخت با سرعت بالا را فراهم می کند.

علاوه بر این، در طول تولید ویفرهای سیلیکونی، عملیات حرارتی با دمای بالا مورد نیاز است، که اغلب از وسایل کاربید سیلیکون برای حمل و نقل استفاده می شود. این وسایل در برابر حرارت و آسیب مقاوم هستند و می توانند با کربن الماس مانند (DLC) پوشش داده شوند تا عملکرد را افزایش دهند، آسیب ویفر را کاهش دهند و از انتشار آلودگی جلوگیری کنند. علاوه بر این، تک بلورهای کاربید سیلیکون به عنوان نماینده نسل سوم مواد نیمه هادی با شکاف گسترده، دارای ویژگی هایی مانند شکاف باند وسیع (تقریبا سه برابر سیلیکون)، رسانایی حرارتی بالا (حدود 3.3 برابر سیلیکون یا 10 برابر بیشتر از سیلیکون هستند. از GaAs)، سرعت اشباع الکترون بالا (حدود 2.5 برابر سیلیکون)، و یک میدان الکتریکی شکست بالا (تقریبا 10 برابر سیلیکون یا پنج برابر GaAs). دستگاه‌های کاربید سیلیکون کاستی‌های دستگاه‌های نیمه‌رسانای سنتی را در کاربردهای عملی جبران می‌کنند و به تدریج در نیمه‌هادی‌های قدرت به جریان اصلی تبدیل می‌شوند.

چرا تقاضا برای هدایت حرارتی بالا است؟سرامیک SiCموج می زند؟

با پیشرفت های مداوم تکنولوژیکی، تقاضا برایسرامیک کاربید سیلیکوندر صنعت نیمه هادی به سرعت در حال افزایش است. هدایت حرارتی بالا یک شاخص حیاتی برای کاربرد آنها در اجزای تجهیزات ساخت نیمه هادی است که باعث می شود تحقیق در مورد هدایت حرارتی بالا انجام شود.سرامیک SiCحیاتی کاهش محتوای اکسیژن شبکه، افزایش چگالی و کنترل منطقی توزیع فاز دوم در شبکه، روش های اولیه برای افزایش رسانایی حرارتی شبکه است.سرامیک کاربید سیلیکون.

در حال حاضر، تحقیق در مورد هدایت حرارتی بالاسرامیک SiCدر چین محدود است و به طور قابل توجهی از استانداردهای جهانی عقب است. مسیرهای تحقیقاتی آتی عبارتند از:

تقویت فرآیند آماده سازی تحقیق ازسرامیک SiCپودرها، زیرا تهیه پودر SiC با خلوص بالا و اکسیژن کم برای دستیابی به رسانایی حرارتی بالا ضروری است.سرامیک SiC.

افزایش انتخاب و تحقیقات نظری مواد کمکی تف جوشی.

توسعه تجهیزات زینترینگ پیشرفته، زیرا تنظیم فرآیند پخت برای به دست آوردن یک ریزساختار معقول برای دستیابی به رسانایی حرارتی بالا ضروری است.سرامیک SiC.

چه اقداماتی می تواند رسانایی حرارتی را بهبود بخشدسرامیک SiC?

کلید بهبود هدایت حرارتیسرامیک SiCکاهش فرکانس پراکندگی فونون و افزایش میانگین مسیر آزاد فونون ها است. این را می توان به طور موثر با کاهش تخلخل و چگالی مرزی دانه به دست آوردسرامیک SiCافزایش خلوص مرزهای دانه SiC، به حداقل رساندن ناخالصی ها یا نقص در شبکه SiC، و افزایش حامل های انتقال حرارتی در SiC. در حال حاضر، بهینه سازی نوع و محتوای مواد کمکی تف جوشی و عملیات حرارتی در دمای بالا اقدامات اولیه برای افزایش هدایت حرارتیسرامیک SiC.

بهینه سازی نوع و محتوای کمک های تف جوشی

در طول آماده سازی رسانایی حرارتی بالا، اغلب وسایل کمک تف جوشی مختلف اضافه می شودسرامیک SiC. نوع و محتوای این مواد کمکی تف جوشی به طور قابل توجهی بر هدایت حرارتی آن تأثیر می گذاردسرامیک SiC. به عنوان مثال، عناصری مانند Al یا O در کمک های تف جوشی سیستم Al2O3 می توانند به راحتی در شبکه SiC حل شوند و جای خالی و نقص ایجاد کنند و در نتیجه فرکانس پراکندگی فونون را افزایش دهند. بعلاوه، اگر مقدار کمک تف جوشی خیلی کم باشد، ممکن است مواد در حین زینترینگ متراکم نشوند، در حالی که مقدار زیاد کمک تف جوشی می تواند منجر به افزایش ناخالصی ها و عیوب شود. کمک های تف جوشی بیش از حد در فاز مایع نیز ممکن است رشد دانه SiC را مهار کند و مسیر آزاد میانگین فونون را کاهش دهد. بنابراین، برای دستیابی به رسانایی حرارتی بالاسرامیک SiC، لازم است ضمن اطمینان از چگالی، محتوای کمک تف جوشی را به حداقل برسانیم و مواد کمکی تف جوشی را انتخاب کنیم که به راحتی در شبکه SiC قابل حل نیستند.

در حال حاضر، فشار گرمسرامیک SiCاستفاده از BeO به عنوان کمک تف جوشی، بالاترین رسانایی حرارتی در دمای اتاق را نشان می دهد (270 W·m-1·K-1). با این حال، BeO بسیار سمی و سرطان زا است و آن را برای استفاده گسترده در آزمایشگاه ها یا صنعت نامناسب می کند. سیستم Y2O3-Al2O3 دارای یک نقطه یوتکتیک در 1760 درجه سانتیگراد است و یک کمک متداول برای تف جوشی فاز مایع برایسرامیک SiC، اما از آنجایی که Al3+ به راحتی در شبکه SiC حل می شود،سرامیک SiCبا این سیستم به عنوان کمک تف جوشی دارای رسانایی حرارتی در دمای اتاق زیر 200 W·m-1·K-1 هستند.

عناصر خاکی کمیاب مانند Y، Sm، Sc، Gd، و La به راحتی در شبکه SiC قابل حل نیستند و میل اکسیژن بالایی دارند و به طور موثر محتوای اکسیژن در شبکه SiC را کاهش می دهند. بنابراین، سیستم Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) معمولاً به عنوان یک کمک تف جوشی برای تهیه رسانایی حرارتی بالا (> 200 W·m-1·K-1) استفاده می شود.سرامیک SiC. به عنوان مثال، در سیستم Y2O3-Sc2O3، انحراف یونی بین Y3+ و Si4+ قابل توجه است و از تشکیل محلول های جامد جلوگیری می کند. حلالیت Sc در SiC خالص در دماهای 1800 تا 2600 درجه سانتیگراد، تقریباً (2~3)×10^17 اتم·cm^-3 نسبتاً کم است.

خواص حرارتی سرامیک های SiC با کمک های مختلف تف جوشی

عملیات حرارتی با دمای بالا

عملیات حرارتی در دمای بالاسرامیک SiCبه از بین بردن عیوب شبکه، جابجایی ها و تنش پسماند کمک می کند و تبدیل برخی ساختارهای آمورف به ساختارهای کریستالی را افزایش می دهد و پراکندگی فونون را کاهش می دهد. علاوه بر این، عملیات حرارتی در دمای بالا به طور موثری باعث رشد دانه SiC می شود و در نهایت خواص حرارتی مواد را افزایش می دهد. به عنوان مثال، پس از عملیات حرارتی با دمای بالا در 1950 درجه سانتی گراد، انتشار حرارتیسرامیک SiCاز 83.03 mm2·s-1 به 89.50 mm2·s-1 افزایش یافت و هدایت حرارتی دمای اتاق از 180.94 W·m-1·K-1 به 192.17 W·m-1·K-1 افزایش یافت. عملیات حرارتی در دمای بالا به طور قابل توجهی قابلیت اکسید زدایی مواد کمکی تف جوشی را در سطح و شبکه SiC بهبود می بخشد و اتصالات دانه SiC را سفت می کند. در نتیجه، هدایت حرارتی دمای اتاق ازسرامیک SiCبه طور قابل توجهی پس از عملیات حرارتی در دمای بالا افزایش می یابد.**

ما در Semicorex در این زمینه تخصص داریمسرامیک SiCو سایر مواد سرامیکی مورد استفاده در تولید نیمه هادی، اگر سؤالی دارید یا به جزئیات بیشتری نیاز دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس: +86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com