Mengapa Terdapat Peningkatan Permintaan untuk Seramik SiC Kekonduksian Terma Tinggi dalam Industri Semikonduktor?

Pada masa ini,silikon karbida (SiC)adalah bidang penyelidikan yang sangat aktif dalam bahan seramik konduktif terma di dalam dan di luar negara. Dengan kekonduksian terma teori yang boleh mencapai sehingga 270 W/mK untuk jenis kristal tertentu,SiCadalah antara prestasi terbaik dalam bahan tidak konduktif. Aplikasinya merentasi substrat peranti semikonduktor, bahan seramik kekonduksian terma tinggi, pemanas dan plat panas dalam pemprosesan semikonduktor, bahan kapsul untuk bahan api nuklear dan pengedap kedap udara dalam pam pemampat.

BagaimanaSilikon KarbidaDigunakan dalam Industri Semikonduktor?

Plat pengisar dan lekapan adalah peralatan proses penting dalam pengeluaran wafer silikon dalam industri semikonduktor. Jika plat pengisar diperbuat daripada besi tuang atau keluli karbon, ia cenderung mempunyai jangka hayat yang pendek dan pekali pengembangan haba yang tinggi. Semasa pemprosesan wafer silikon, terutamanya semasa pengisaran atau penggilap berkelajuan tinggi, kehausan dan ubah bentuk haba plat pengisar ini menjadikannya mencabar untuk mengekalkan kerataan dan keselarian wafer silikon. Walau bagaimanapun, plat pengisar yang diperbuat daripada seramik silikon karbida mempamerkan kekerasan yang tinggi dan kehausan yang rendah, dengan pekali pengembangan haba yang hampir sepadan dengan wafer silikon, membolehkan pengisaran dan penggilapan berkelajuan tinggi.

Selain itu, semasa pengeluaran wafer silikon, rawatan haba suhu tinggi diperlukan, selalunya menggunakan lekapan karbida silikon untuk pengangkutan. Lekapan ini tahan haba dan kerosakan serta boleh disalut dengan karbon seperti berlian (DLC) untuk meningkatkan prestasi, mengurangkan kerosakan wafer dan mencegah penyebaran pencemaran. Selain itu, sebagai wakil kepada bahan semikonduktor celah jalur lebar generasi ketiga, kristal tunggal silikon karbida mempunyai sifat seperti celah jalur lebar (kira-kira tiga kali ganda daripada silikon), kekonduksian terma yang tinggi (kira-kira 3.3 kali ganda daripada silikon atau 10 kali ganda daripadanya. GaAs), halaju tepu elektron yang tinggi (sekitar 2.5 kali ganda daripada silikon), dan medan elektrik pecahan tinggi (kira-kira 10 kali ganda daripada silikon atau lima kali ganda daripada GaAs). Peranti silikon karbida mengimbangi kekurangan peranti bahan semikonduktor tradisional dalam aplikasi praktikal dan secara beransur-ansur menjadi arus perdana dalam semikonduktor kuasa.

Mengapa Permintaan untuk Kekonduksian Terma TinggiSeramik SiCmelonjak?

Dengan kemajuan teknologi yang berterusan, permintaan untukseramik silikon karbidadalam industri semikonduktor semakin meningkat dengan pesat. Kekonduksian terma yang tinggi adalah penunjuk kritikal untuk aplikasinya dalam komponen peralatan pembuatan semikonduktor, menjadikan penyelidikan ke dalam kekonduksian terma tinggiseramik SiCpenting. Mengurangkan kandungan oksigen kekisi, meningkatkan ketumpatan, dan mengawal secara rasional pengedaran fasa kedua dalam kekisi adalah kaedah utama untuk meningkatkan kekonduksian termaseramik silikon karbida.

Pada masa ini, penyelidikan mengenai kekonduksian terma tinggiseramik SiCdi China adalah terhad dan jauh ketinggalan berbanding piawaian global. Arah penyelidikan masa depan termasuk:

Memperkukuh penyelidikan proses penyediaan bagiSeramik SiCserbuk, sebagai penyediaan serbuk SiC ketulenan tinggi, rendah oksigen adalah asas untuk mencapai kekonduksian terma tinggiseramik SiC.

Meningkatkan pemilihan dan penyelidikan teori bahan bantu pensinteran.

Membangunkan peralatan pensinteran mewah, kerana mengawal selia proses pensinteran untuk mendapatkan struktur mikro yang munasabah adalah penting untuk memperoleh kekonduksian haba tinggiseramik SiC.

Apakah Langkah-Langkah Yang Boleh Meningkatkan Kekonduksian Terma bagiSeramik SiC?

Kunci untuk meningkatkan kekonduksian termaseramik SiCadalah untuk mengurangkan kekerapan penyebaran fonon dan meningkatkan min laluan bebas fonon. Ini boleh dicapai dengan berkesan dengan mengurangkan keliangan dan ketumpatan sempadan butiranseramik SiC, meningkatkan ketulenan sempadan butiran SiC, meminimumkan kekotoran atau kecacatan pada kekisi SiC, dan meningkatkan pembawa pengangkutan terma dalam SiC. Pada masa ini, mengoptimumkan jenis dan kandungan alat pensinteran dan rawatan haba suhu tinggi adalah langkah utama untuk meningkatkan kekonduksian termaseramik SiC.

Mengoptimumkan Jenis dan Kandungan Bahan Bantu Pensinteran

Pelbagai bantuan pensinteran sering ditambah semasa penyediaan kekonduksian terma tinggiseramik SiC. Jenis dan kandungan bahan bantu pensinteran ini memberi kesan ketara kepada kekonduksian termaseramik SiC. Sebagai contoh, unsur-unsur seperti Al atau O dalam alat pensinteran sistem Al2O3 dengan mudah boleh larut ke dalam kekisi SiC, mewujudkan kekosongan dan kecacatan, sekali gus meningkatkan kekerapan penyerakan fonon. Tambahan pula, jika kandungan bantuan pensinteran terlalu rendah, bahan tersebut mungkin tidak padat semasa pensinteran, manakala kandungan bantuan pensinteran yang tinggi boleh menyebabkan peningkatan kekotoran dan kecacatan. Alat pensinteran fasa cecair yang berlebihan mungkin juga menghalang pertumbuhan bijian SiC, mengurangkan laluan bebas min fonon. Oleh itu, untuk mencapai kekonduksian terma tinggiseramik SiC, adalah perlu untuk meminimumkan kandungan bantuan pensinteran sambil memastikan ketumpatan, dan pilih bantuan pensinteran yang tidak mudah larut dalam kekisi SiC.

Pada masa ini, ditekan panasseramik SiCmenggunakan BeO sebagai bantuan pensinteran mempamerkan kekonduksian terma suhu bilik tertinggi (270 W·m-1·K-1). Walau bagaimanapun, BeO adalah sangat toksik dan karsinogenik, menjadikannya tidak sesuai untuk digunakan secara meluas di makmal atau industri. Sistem Y2O3-Al2O3 mempunyai titik eutektik pada 1760°C dan merupakan bantuan pensinteran fasa cecair biasa untukseramik SiC, tetapi oleh kerana Al3+ mudah larut ke dalam kekisi SiC,seramik SiCdengan sistem ini sebagai bantuan pensinteran mempunyai kekonduksian terma suhu bilik di bawah 200 W·m-1·K-1.

Unsur nadir bumi seperti Y, Sm, Sc, Gd, dan La tidak mudah larut dalam kekisi SiC dan mempunyai pertalian oksigen yang tinggi, dengan berkesan mengurangkan kandungan oksigen dalam kekisi SiC. Oleh itu, sistem Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) biasanya digunakan sebagai alat pensinteran untuk menyediakan kekonduksian terma tinggi (>200 W·m-1·K-1)seramik SiC. Sebagai contoh, dalam sistem Y2O3-Sc2O3, sisihan ionik antara Y3+ dan Si4+ adalah ketara, menghalang pembentukan larutan pepejal. Keterlarutan Sc dalam SiC tulen agak rendah pada suhu 1800~2600°C, lebih kurang (2~3)×10^17 atom·cm^-3.

Sifat Terma Seramik SiC dengan Alat Pensinteran Berbeza

Rawatan Haba Suhu Tinggi

Rawatan haba suhu tinggi bagiseramik SiCmembantu menghapuskan kecacatan kekisi, terkehel dan tegasan sisa, menggalakkan transformasi beberapa struktur amorf kepada struktur kristal dan mengurangkan penyebaran fonon. Selain itu, rawatan haba suhu tinggi dengan berkesan menggalakkan pertumbuhan bijian SiC, akhirnya meningkatkan sifat terma bahan. Sebagai contoh, selepas rawatan haba suhu tinggi pada 1950°C, keresapan terma bagiseramik SiCmeningkat daripada 83.03 mm2·s-1 kepada 89.50 mm2·s-1, dan kekonduksian haba suhu bilik meningkat daripada 180.94 W·m-1·K-1 kepada 192.17 W·m-1·K-1. Rawatan haba suhu tinggi dengan ketara meningkatkan keupayaan penyahoksidaan alat pensinteran pada permukaan dan kekisi SiC serta mengetatkan sambungan butiran SiC. Akibatnya, kekonduksian terma suhu bilik bagiseramik SiCdipertingkatkan dengan ketara selepas rawatan haba suhu tinggi.**

Kami di Semicorex pakar dalamSeramik SiCdan Bahan Seramik lain yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor, jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Telefon untuk dihubungi: +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com