Apa itu Silikon Nitrida

Silikon nitrida (Si3N4)adalah bahan kunci dalam pengembangan keramik struktural suhu tinggi yang canggih. Dikenal karena sifatnya yang luar biasa seperti ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus, kepadatan rendah, kekuatan tinggi, dan kekerasan, bahan ini telah mendapatkan reputasi sebagai "juara serbaguna di dunia material". Karakteristik unik ini menjadikan keramik silikon nitrida sangat diperlukan dalam berbagai bidang mutakhir, termasuk teknik mesin, dirgantara, pertahanan nasional, teknologi semikonduktor, dan bahkan aplikasi biomedis.

Silikon nitridaadalah senyawa anorganik non-logam yang tersusun dari unit tetrahedral Si-N, yang dicirikan oleh ikatan kovalen yang kuat antar atom. Kekuatan ikatan yang tinggi antara atom silikon dan nitrogen memberi Si3N4 sifat mekanik yang luar biasa, termasuk kekerasan yang unggul dan ketahanan aus yang sangat baik. Keramiknya menunjukkan ketahanan lentur dan kompresi yang kuat, membuatnya sangat tahan lama di lingkungan yang berat. Namun, ikatan kovalen kuat yang memberikan kekuatan pada silikon nitrida juga menghasilkan deformasi plastis yang terbatas, yang berarti struktur kristal memiliki sistem slip yang sangat sedikit. Hal ini membuat silikon nitrida bersifat rapuh, sehingga lebih rentan patah akibat tekanan.

Salah satu keuntungan utama darisilikon nitridaadalah stabilitas kimianya yang kuat, yang berasal dari struktur jaringan spasial yang dibentuk oleh unit tetrahedral silikon nitrida. Hal ini membuatnya sangat tahan terhadap sebagian besar asam dan basa anorganik, kecuali asam fluorida, yang dapat menimbulkan korosi pada material. Ketahanan bahan kimia ini menambah keandalannya dalam lingkungan kimia yang keras, sehingga semakin memperluas potensi penerapannya di industri-industri penting.

Struktur Kristal Silikon Nitrida

Silikon nitridaada dalam tiga struktur kristal yang berbeda: fase α, fase β, dan fase γ. Diantaranya, fase α dan β adalah bentuk Si3N4 yang paling umum diamati dan digunakan, keduanya termasuk dalam sistem kristal heksagonal. Struktur jaringan yang stabil dari fase-fase ini bertanggung jawab atas sifat mekanik dan termal yang sangat baik yang menjadikan keramik silikon nitrida ideal untuk berbagai aplikasi.

Fase β (β-Si3N4) sangat penting dalam aplikasi teknik karena kinerjanya yang unggul pada suhu tinggi dan ketahanan terhadap bahan kimia. Ini adalah bentuk kristal yang paling banyak digunakan di industri seperti dirgantara, pertahanan, dan teknik mesin. Misalnya, β-Si3N4 digunakan dalam pembuatan suku cadang mesin keramik berkinerja tinggi, rotor dan stator untuk turbin gas, dan cincin segel mekanis, yang sangat menghargai sifat pelumasan mandiri dan daya tahan tinggi dalam kondisi ekstrem.

Sebaliknya, fase γ (γ-Si3N4) adalah bentuk silikon nitrida yang kurang umum dan hanya dapat disintesis pada kondisi suhu dan tekanan tinggi. Akibatnya, penelitian tentang struktur silikon nitrida terutama berfokus pada fase α dan β.

Konduktivitas Termal TinggiSubstrat Keramik Silikon Nitrida

Ketika industri elektronik terus berkembang menuju sistemisasi, kecerdasan, dan integrasi yang lebih baik, permintaan akan perangkat semikonduktor meningkat pesat. Dengan meningkatnya daya masukan ke chip elektronik dan sirkuit yang lebih padat, panas yang dihasilkan selama pengoperasian menjadi tantangan yang signifikan. Pembuangan panas yang efisien telah menjadi faktor penting dalam meningkatkan kinerja dan efisiensi perangkat semikonduktor secara keseluruhan, dan di sinilah silikon nitrida memainkan peran penting.

Konduktivitas termal teoritis silikon nitrida yang tinggi, dikombinasikan dengan isolasi listrik yang sangat baik dan ketahanan terhadap oksidasi, menjadikannya bahan yang ideal untuk substrat kemasan elektronik berdaya tinggi. Selain itu, koefisien ekspansi termalnya sangat mirip dengan bahan yang digunakan dalam chip semikonduktor, sehingga memastikan integritas struktural dan meminimalkan tekanan termal selama pengoperasian. Properti ini memungkinkan produksi substrat berkinerja tinggi untuk pembuangan panas dalam aplikasi seperti sirkuit berkecepatan tinggi, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), LG (Light Guides), dan sistem CPV (Concentrated Photovoltaic).

Kemampuan silikon nitrida untuk menghilangkan panas secara efektif, sekaligus menjaga isolasi listrik dan stabilitas mekanis, sangat penting untuk perangkat yang menangani daya dalam jumlah besar. Performanya yang luar biasa di bidang ini tidak hanya memastikan pengoperasian semikonduktor daya yang andal namun juga berkontribusi terhadap miniaturisasi dan efisiensi sistem elektronik modern.

Kesimpulan

Singkatnya, kombinasi unik silikon nitrida antara kekuatan, ketahanan panas, stabilitas kimia, dan konduktivitas termal menjadikannya material yang sangat diperlukan dalam berbagai aplikasi berkinerja tinggi. Dari penggunaannya di ruang angkasa dan pertahanan untuk pembuatan komponen yang tahan lama dan bersuhu tinggi, hingga perannya dalam memecahkan tantangan pembuangan panas pada perangkat semikonduktor berdaya tinggi, silikon nitrida terus menjadi pemain penting dalam kemajuan teknologi modern. Ketika penelitian terus mengeksplorasi sifat dan potensinya, silikon nitrida siap untuk tetap menjadi yang terdepan di dunia material canggih.

Semicorex menawarkan kualitas tinggisubstrat SiN. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com