Varför finns det en ökande efterfrågan på SiC-keramik med hög värmeledningsförmåga i halvledarindustrin?

För närvarande,kiselkarbid (SiC)är ett mycket aktivt forskningsområde inom värmeledande keramiska material både nationellt och internationellt. Med en teoretisk värmeledningsförmåga som kan nå upp till 270 W/mK för vissa kristalltyper,Sicär bland de bästa inom icke-ledande material. Dess applikationer sträcker sig över substrat för halvledarenheter, keramiska material med hög värmeledningsförmåga, värmare och värmeplattor vid halvledarbearbetning, kapselmaterial för kärnbränsle och lufttäta tätningar i kompressorpumpar.

Hur är detKiselkarbidAnvänds i halvledarindustrin?

Slipplattor och fixturer är väsentlig processutrustning vid tillverkning av kiselwafers inom halvledarindustrin. Om slipplåtar är gjorda av gjutjärn eller kolstål tenderar de att ha en kort livslängd och en hög värmeutvidgningskoefficient. Under bearbetningen av kiselskivor, särskilt under höghastighetsslipning eller polering, gör slitaget och den termiska deformationen av dessa slipplattor det utmanande att bibehålla kiselskivornas planhet och parallellitet. Men slipplattor tillverkade av kiselkarbidkeramik uppvisar hög hårdhet och lågt slitage, med en värmeutvidgningskoefficient som nära matchar den för kiselskivor, vilket möjliggör höghastighetsslipning och polering.

Vid tillverkning av kiselwafers krävs dessutom värmebehandling vid hög temperatur, ofta med kiselkarbidfixturer för transport. Dessa armaturer är resistenta mot värme och skador och kan beläggas med diamantliknande kol (DLC) för att förbättra prestandan, lindra skador på skivan och förhindra kontamineringsdiffusion. Dessutom, som en representant för tredje generationens halvledarmaterial med breda bandgap, har enkelkristaller av kiselkarbid egenskaper som ett brett bandgap (ungefär tre gånger så mycket som kisel), hög värmeledningsförmåga (cirka 3,3 gånger så mycket som kisel eller 10 gånger så mycket som kisel). av GaAs), hög elektronmättnadshastighet (cirka 2,5 gånger den för kisel) och ett högt elektriskt nedbrytningsfält (ungefär 10 gånger det för kisel eller fem gånger det för GaAs). Kiselkarbidenheter kompenserar för bristerna hos traditionella halvledarmaterialenheter i praktiska tillämpningar och blir gradvis mainstream i krafthalvledare.

Varför är efterfrågan på hög värmeledningsförmågaSic KeramikBöljande?

Med kontinuerliga tekniska framsteg, efterfrågan påkiselkarbidkeramikinom halvledarindustrin ökar snabbt. Hög värmeledningsförmåga är en kritisk indikator för deras tillämpning i komponenter för tillverkning av halvledarutrustning, vilket gör forskningen om hög värmeledningsförmågaSic keramikavgörande. Att minska syrehalten i gittret, öka densiteten och rationellt kontrollera fördelningen av den andra fasen i gittret är primära metoder för att förbättra värmeledningsförmågan hoskiselkarbidkeramik.

För närvarande forskning om hög termisk ledningsförmågaSic keramiki Kina är begränsad och släpar betydligt efter globala standarder. Framtida forskningsinriktningar inkluderar:

Att stärka beredningsprocessen forskning avSic keramikpulver, eftersom framställningen av SiC-pulver med hög renhet och låg syrehalt är grundläggande för att uppnå hög värmeledningsförmågaSic keramik.

Förbättra urvalet och teoretisk forskning av sintringshjälpmedel.

Att utveckla avancerad sintringsutrustning, eftersom reglering av sintringsprocessen för att erhålla en rimlig mikrostruktur är avgörande för att få hög värmeledningsförmågaSic keramik.

Vilka åtgärder kan förbättra värmeledningsförmågan hosSic Keramik?

Nyckeln till att förbättra värmeledningsförmågan hosSic keramikär att minska fononspridningsfrekvensen och öka den genomsnittliga fria vägen för fononer. Detta kan effektivt uppnås genom att minska porositeten och korngränsdensiteten hosSic keramik, förbättrar renheten hos SiC-korngränser, minimerar föroreningar eller defekter i SiC-gittret och ökar de termiska transportbärarna i SiC. För närvarande är optimering av typen och innehållet av sintringshjälpmedel och högtemperaturvärmebehandling primära åtgärder för att förbättra värmeledningsförmågan hosSic keramik.

Optimera typ och innehåll för sintringshjälpmedel

Olika sintringshjälpmedel tillsätts ofta under framställningen av hög värmeledningsförmågaSic keramik. Typen och innehållet av dessa sintringshjälpmedel påverkar avsevärt värmeledningsförmågan hosSic keramik. Till exempel kan element som Al eller O i Al2O3-systemet sintringshjälpmedel lätt lösas upp i SiC-gittret, skapa vakanser och defekter, vilket ökar fononspridningsfrekvensen. Vidare, om innehållet av sintringshjälpmedel är för lågt, kan materialet inte förtätas under sintringen, medan högt sintringshjälpmedelsinnehåll kan leda till ökade föroreningar och defekter. Överdriven vätskefassintringshjälpmedel kan också hämma SiC-korntillväxt, vilket minskar den genomsnittliga fria vägen för fonon. Därför för att uppnå hög värmeledningsförmågaSic keramik, är det nödvändigt att minimera innehållet av sintringshjälpmedel samtidigt som man säkerställer förtätning, och välja sintringshjälpmedel som inte är lättlösliga i SiC-gittret.

För närvarande varmpressadSic keramikAnvändning av BeO som sintringshjälpmedel uppvisar den högsta värmeledningsförmågan vid rumstemperatur (270 W·m-1·K-1). BeO är dock mycket giftigt och cancerframkallande, vilket gör det olämpligt för utbredd användning i laboratorier eller industrin. Y2O3-Al2O3-systemet har en eutektisk punkt vid 1760°C och är ett vanligt vätskefassintringshjälpmedel förSic keramik, men eftersom Al3+ lätt löser sig i SiC-gittret,Sic keramikmed detta system som sintringshjälpmedel har rumstemperatur värmeledningsförmåga under 200 W·m-1·K-1.

Sällsynta jordartsmetaller som Y, Sm, Sc, Gd och La är inte lättlösliga i SiC-gittret och har hög syreaffinitet, vilket effektivt minskar syreinnehållet i SiC-gittret. Därför används Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La)-systemet vanligtvis som ett sintringshjälpmedel för att förbereda hög värmeledningsförmåga (>200 W·m-1·K-1)Sic keramik. Till exempel, i Y2O3-Sc2O3-systemet är jonavvikelsen mellan Y3+ och Si4+ signifikant, vilket förhindrar bildningen av fasta lösningar. Sc:s löslighet i ren SiC är relativt låg vid temperaturer på 1800~2600°C, ungefär (2~3)×10^17 atomer·cm^-3.

De termiska egenskaperna hos SiC-keramik med olika sintringshjälpmedel

Högtemperatur värmebehandling

Högtemperatur värmebehandling avSic keramikhjälper till att eliminera gitterdefekter, dislokationer och kvarvarande stress, främjar omvandlingen av vissa amorfa strukturer till kristallina strukturer och minskar fononspridning. Dessutom främjar värmebehandling vid hög temperatur effektivt SiC-korntillväxt, vilket i slutändan förbättrar materialets termiska egenskaper. Till exempel, efter högtemperaturvärmebehandling vid 1950°C, kan den termiska diffusiviteten avSic keramikökade från 83,03 mm2·s-1 till 89,50 mm2·s-1, och den termiska konduktiviteten vid rumstemperatur ökade från 180,94 W·m-1·K-1 till 192,17 W·m-1·K-1. Värmebehandling vid hög temperatur förbättrar avsevärt deoxidationsförmågan hos sintringshjälpmedel på SiC-ytan och gallret och drar åt SiC-kornanslutningarna. Följaktligen är rumstemperaturens värmeledningsförmågaSic keramikförbättras särskilt efter värmebehandling vid hög temperatur.**

Vi på Semicorex är specialiserade påSic Keramikoch andra keramiska material som används i halvledartillverkning, om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com