Hvorfor er det økende etterspørsel etter SiC-keramikk med høy termisk ledningsevne i halvlederindustrien?

For tiden,silisiumkarbid (SiC)er et svært aktivt forskningsområde innen termisk ledende keramiske materialer både nasjonalt og internasjonalt. Med en teoretisk termisk ledningsevne som kan nå opp til 270 W/mK for visse krystalltyper,SiCer blant de beste innen ikke-ledende materialer. Dens applikasjoner spenner over halvlederenhetssubstrater, keramiske materialer med høy termisk ledningsevne, varmeovner og varmeplater i halvlederbehandling, kapselmaterialer for kjernebrensel og lufttette tetninger i kompressorpumper.

Hvordan erSilisiumkarbidBrukt i halvlederindustrien?

Slipeplater og inventar er essensielt prosessutstyr i produksjonen av silisiumskiver innen halvlederindustrien. Hvis slipeplater er laget av støpejern eller karbonstål, har de en tendens til å ha kort levetid og høy termisk ekspansjonskoeffisient. Under behandlingen av silisiumskiver, spesielt under høyhastighetssliping eller polering, gjør slitasjen og termisk deformasjon av disse slipeplatene det utfordrende å opprettholde flatheten og parallelliteten til silisiumplatene. Imidlertid har slipeplater laget av silisiumkarbidkeramikk høy hardhet og lav slitasje, med en termisk ekspansjonskoeffisient som samsvarer nøye med silisiumskiver, noe som muliggjør høyhastighetssliping og polering.

Under produksjonen av silisiumskiver kreves det dessuten varmebehandling ved høy temperatur, ofte ved bruk av silisiumkarbidarmaturer for transport. Disse armaturene er motstandsdyktige mot varme og skader og kan belegges med diamantlignende karbon (DLC) for å forbedre ytelsen, redusere waferskader og forhindre forurensningsdiffusjon. I tillegg, som en representant for tredjegenerasjons halvledermaterialer med brede båndgap, har silisiumkarbid-enkelkrystaller egenskaper som et bredt båndgap (omtrent tre ganger det for silisium), høy varmeledningsevne (omtrent 3,3 ganger det for silisium eller 10 ganger det for silisium). av GaAs), høy elektronmetningshastighet (rundt 2,5 ganger den for silisium), og et elektrisk nedbrytningsfelt med høy nedbrytning (omtrent 10 ganger det for silisium eller fem ganger det for GaAs). Silisiumkarbidenheter kompenserer for manglene til tradisjonelle halvledermaterialeenheter i praktiske applikasjoner og blir gradvis mainstream i krafthalvledere.

Hvorfor er etterspørselen etter høy termisk ledningsevneSiC KeramikkSurging?

Med kontinuerlige teknologiske fremskritt, etterspørselen ettersilisiumkarbid keramikki halvlederindustrien øker raskt. Høy termisk ledningsevne er en kritisk indikator for deres anvendelse i komponenter for halvlederproduksjonsutstyr, noe som gjør forskningen på høy termisk ledningsevneSiC keramikkavgjørende. Å redusere oksygeninnholdet i gitteret, øke tettheten og rasjonelt kontrollere fordelingen av den andre fasen i gitteret er primære metoder for å forbedre den termiske ledningsevnen tilsilisiumkarbid keramikk.

For tiden forskning på høy termisk ledningsevneSiC keramikki Kina er begrenset og henger betydelig etter globale standarder. Fremtidige forskningsretninger inkluderer:

Styrking av forberedelsesprosessen forskning avSiC keramikkpulvere, ettersom fremstilling av SiC-pulver med høy renhet og lavt oksygen er grunnleggende for å oppnå høy termisk ledningsevneSiC keramikk.

Forbedre utvalget og teoretisk forskning av sintringshjelpemidler.

Utvikling av avansert sintringsutstyr, da regulering av sintringsprosessen for å oppnå en rimelig mikrostruktur er avgjørende for å oppnå høy termisk ledningsevneSiC keramikk.

Hvilke tiltak kan forbedre den termiske ledningsevnen tilSiC Keramikk?

Nøkkelen til å forbedre den termiske ledningsevnen tilSiC keramikker å redusere fononspredningsfrekvensen og øke den gjennomsnittlige frie banen til fononer. Dette kan effektivt oppnås ved å redusere porøsiteten og korngrensetettheten tilSiC keramikk, som forbedrer renheten til SiC-korngrenser, minimerer urenheter eller defekter i SiC-gitteret, og øker de termiske transportbærerne i SiC. For tiden er optimering av typen og innholdet av sintringshjelpemidler og høytemperatur varmebehandling primære tiltak for å forbedre den termiske ledningsevnen tilSiC keramikk.

Optimalisering av typen og innholdet til sintringshjelpemidler

Ulike sintringshjelpemidler tilsettes ofte under fremstillingen av høy termisk ledningsevneSiC keramikk. Typen og innholdet av disse sintringshjelpemidlene påvirker den termiske ledningsevnen betydeligSiC keramikk. For eksempel kan elementer som Al eller O i Al2O3-systemet sintringshjelpemidler lett løses opp i SiC-gitteret, og skape ledige plasser og defekter, og dermed øke fononspredningsfrekvensen. Videre, hvis innholdet av sintringshjelpemiddel er for lavt, kan det hende at materialet ikke tettes under sintring, mens høyt innhold av sintringshjelpemiddel kan føre til økte urenheter og defekter. Overdreven væskefase sintringshjelpemidler kan også hemme SiC-kornvekst, og redusere den gjennomsnittlige frie fononbanen. Derfor for å oppnå høy termisk ledningsevneSiC keramikk, er det nødvendig å minimere sintringshjelpemiddelinnholdet samtidig som man sikrer fortetting, og velge sintringshjelpemidler som ikke er lett løselige i SiC-gitteret.

Foreløpig varmpressetSiC keramikkBruk av BeO som sintringshjelpemiddel viser den høyeste termiske ledningsevnen ved romtemperatur (270 W·m-1·K-1). BeO er imidlertid svært giftig og kreftfremkallende, noe som gjør den uegnet for utbredt bruk i laboratorier eller industrien. Y2O3-Al2O3-systemet har et eutektisk punkt ved 1760°C og er et vanlig væskefase sintringshjelpemiddel forSiC keramikk, men siden Al3+ lett løses opp i SiC-gitteret,SiC keramikkmed dette systemet som sintringshjelpemiddel har romtemperatur termisk ledningsevne under 200 W·m-1·K-1.

Sjeldne jordartselementer som Y, Sm, Sc, Gd og La er ikke lett løselige i SiC-gitteret og har høy oksygenaffinitet, noe som effektivt reduserer oksygeninnholdet i SiC-gitteret. Derfor er Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La)-systemet ofte brukt som et sintringshjelpemiddel for å forberede høy termisk ledningsevne (>200 W·m-1·K-1)SiC keramikk. For eksempel, i Y2O3-Sc2O3-systemet, er det ioniske avviket mellom Y3+ og Si4+ betydelig, og forhindrer dannelsen av faste løsninger. Scs løselighet i ren SiC er relativt lav ved temperaturer på 1800~2600°C, omtrent (2~3)×10^17 atomer·cm^-3.

De termiske egenskapene til SiC-keramikk med forskjellige sintringshjelpemidler

Høytemperatur varmebehandling

Høytemperatur varmebehandling avSiC keramikkhjelper til med å eliminere gitterdefekter, dislokasjoner og gjenværende stress, fremmer transformasjonen av noen amorfe strukturer til krystallinske strukturer og reduserer fononspredning. I tillegg fremmer varmebehandling ved høy temperatur effektivt SiC-kornvekst, og til slutt forbedrer materialets termiske egenskaper. For eksempel, etter høytemperatur varmebehandling ved 1950°C, vil den termiske diffusiviteten tilSiC keramikkøkt fra 83,03 mm2·s-1 til 89,50 mm2·s-1, og romtemperaturens varmeledningsevne økte fra 180,94 W·m-1·K-1 til 192,17 W·m-1·K-1. Varmebehandling ved høy temperatur forbedrer betydelig deoksidasjonsevnen til sintringshjelpemidler på SiC-overflaten og gitteret og strammer SiC-kornforbindelsene. Følgelig romtemperatur termisk ledningsevne avSiC keramikker spesielt forbedret etter høytemperatur varmebehandling.**

Vi i Semicorex er spesialister påSiC Keramikkog andre keramiske materialer brukt i halvlederproduksjon, hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com