Mengapa Permintaan Keramik SiC Konduktivitas Termal Tinggi Meningkat di Industri Semikonduktor?

Saat ini,silikon karbida (SiC)adalah bidang penelitian yang sangat aktif dalam bahan keramik konduktif termal baik di dalam negeri maupun internasional. Dengan konduktivitas termal teoritis yang dapat mencapai hingga 270 W/mK untuk jenis kristal tertentu,SiCadalah salah satu yang berkinerja terbaik dalam bahan non-konduktif. Penerapannya mencakup substrat perangkat semikonduktor, bahan keramik dengan konduktivitas termal tinggi, pemanas dan pelat panas dalam pemrosesan semikonduktor, bahan kapsul untuk bahan bakar nuklir, dan segel kedap udara pada pompa kompresor.

Bagaimana kabarnyaSilikon KarbidaDiterapkan di Industri Semikonduktor?

Pelat dan perlengkapan gerinda adalah peralatan proses penting dalam produksi wafer silikon dalam industri semikonduktor. Jika pelat gerinda terbuat dari besi tuang atau baja karbon, umurnya cenderung pendek dan koefisien muai panasnya tinggi. Selama pemrosesan wafer silikon, terutama selama penggilingan atau pemolesan berkecepatan tinggi, keausan dan deformasi termal pada pelat gerinda ini menyulitkan pemeliharaan kerataan dan paralelisme wafer silikon. Namun, pelat gerinda yang terbuat dari keramik silikon karbida menunjukkan kekerasan tinggi dan keausan rendah, dengan koefisien muai panas yang sangat mirip dengan wafer silikon, sehingga memungkinkan penggilingan dan pemolesan berkecepatan tinggi.

Selain itu, selama produksi wafer silikon, diperlukan perlakuan panas suhu tinggi, sering kali menggunakan perlengkapan silikon karbida untuk pengangkutan. Perlengkapan ini tahan terhadap panas dan kerusakan serta dapat dilapisi dengan karbon seperti berlian (DLC) untuk meningkatkan kinerja, mengurangi kerusakan wafer, dan mencegah penyebaran kontaminasi. Selain itu, sebagai perwakilan bahan semikonduktor celah pita lebar generasi ketiga, kristal tunggal silikon karbida memiliki sifat seperti celah pita lebar (kira-kira tiga kali lipat silikon), konduktivitas termal yang tinggi (sekitar 3,3 kali lipat silikon atau 10 kali lipatnya). GaAs), kecepatan saturasi elektron yang tinggi (sekitar 2,5 kali lipat silikon), dan medan listrik tembus yang tinggi (kira-kira 10 kali lipat silikon atau lima kali lipat GaAs). Perangkat silikon karbida mengkompensasi kekurangan perangkat bahan semikonduktor tradisional dalam aplikasi praktis dan secara bertahap menjadi arus utama dalam semikonduktor daya.

Mengapa Permintaan Konduktivitas Termal Tinggi?Keramik SiCBergelombang?

Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, permintaan akankeramik silikon karbidadalam industri semikonduktor meningkat pesat. Konduktivitas termal yang tinggi merupakan indikator penting untuk penerapannya pada komponen peralatan manufaktur semikonduktor, sehingga membuat penelitian tentang konduktivitas termal tinggikeramik SiCpenting. Mengurangi kandungan oksigen kisi, meningkatkan kepadatan, dan mengendalikan distribusi fase kedua dalam kisi secara rasional adalah metode utama untuk meningkatkan konduktivitas termalkeramik silikon karbida.

Saat ini, penelitian tentang konduktivitas termal tinggikeramik SiCdi Tiongkok masih terbatas dan tertinggal jauh dibandingkan standar global. Arah penelitian di masa depan meliputi:

Penguatan proses persiapan penelitiankeramik SiCbubuk, karena pembuatan bubuk SiC dengan kemurnian tinggi dan rendah oksigen sangat penting untuk mencapai konduktivitas termal yang tinggikeramik SiC.

Meningkatkan seleksi dan penelitian teoritis alat bantu sintering.

Mengembangkan peralatan sintering kelas atas, karena mengatur proses sintering untuk mendapatkan struktur mikro yang wajar sangat penting untuk memperoleh konduktivitas termal yang tinggikeramik SiC.

Tindakan Apa yang Dapat Meningkatkan Konduktivitas TermalKeramik SiC?

Kunci untuk meningkatkan konduktivitas termalkeramik SiCadalah untuk mengurangi frekuensi hamburan fonon dan meningkatkan jalur bebas rata-rata fonon. Hal ini dapat dicapai secara efektif dengan mengurangi porositas dan kepadatan batas butirkeramik SiC, meningkatkan kemurnian batas butir SiC, meminimalkan pengotor atau cacat pada kisi SiC, dan meningkatkan pembawa transpor termal dalam SiC. Saat ini, optimalisasi jenis dan kandungan alat bantu sintering dan perlakuan panas suhu tinggi merupakan langkah utama untuk meningkatkan konduktivitas termal.keramik SiC.

Optimalisasi Jenis dan Isi Alat Bantu Sintering

Berbagai bantuan sintering sering ditambahkan selama pembuatan konduktivitas termal tinggikeramik SiC. Jenis dan kandungan bahan bantu sintering ini secara signifikan mempengaruhi konduktivitas termalkeramik SiC. Misalnya, unsur-unsur seperti Al atau O dalam alat bantu sintering sistem Al2O3 dapat dengan mudah larut ke dalam kisi SiC, menciptakan kekosongan dan cacat, sehingga meningkatkan frekuensi hamburan fonon. Selain itu, jika kandungan bahan pembantu sintering terlalu rendah, material mungkin tidak akan mengeras selama sintering, sedangkan kandungan bahan pembantu sintering yang tinggi dapat menyebabkan peningkatan pengotor dan cacat. Alat bantu sintering fase cair yang berlebihan juga dapat menghambat pertumbuhan butir SiC, sehingga mengurangi jalur bebas rata-rata fonon. Oleh karena itu, untuk mencapai konduktivitas termal yang tinggikeramik SiC, kandungan bahan pembantu sintering perlu diminimalkan sambil memastikan densifikasi, dan memilih bahan pembantu sintering yang tidak mudah larut dalam kisi SiC.

Saat ini, sedang dalam proses hot-presskeramik SiCmenggunakan BeO sebagai bantuan sintering menunjukkan konduktivitas termal suhu kamar tertinggi (270 W·m-1·K-1). Namun, BeO sangat beracun dan bersifat karsinogenik, sehingga tidak cocok untuk digunakan secara luas di laboratorium atau industri. Sistem Y2O3-Al2O3 memiliki titik eutektik pada 1760°C dan merupakan bantuan sintering fase cair yang umum untukkeramik SiC, tetapi karena Al3+ mudah larut ke dalam kisi SiC,keramik SiCdengan sistem ini sebagai bantuan sintering memiliki konduktivitas termal suhu kamar di bawah 200 W·m-1·K-1.

Unsur tanah jarang seperti Y, Sm, Sc, Gd, dan La tidak mudah larut dalam kisi SiC dan memiliki afinitas oksigen yang tinggi sehingga efektif mengurangi kandungan oksigen dalam kisi SiC. Oleh karena itu, sistem Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) umumnya digunakan sebagai bantuan sintering untuk menyiapkan konduktivitas termal tinggi (>200 W·m-1·K-1)keramik SiC. Misalnya, dalam sistem Y2O3-Sc2O3, deviasi ionik antara Y3+ dan Si4+ sangat besar, sehingga mencegah pembentukan larutan padat. Kelarutan Sc dalam SiC murni relatif rendah pada suhu 1800~2600°C, kira-kira (2~3)×10^17 atom·cm^-3.

Sifat Termal Keramik SiC dengan Alat Bantu Sintering Berbeda

Perlakuan Panas Suhu Tinggi

Perlakuan panas suhu tinggikeramik SiCmembantu menghilangkan cacat kisi, dislokasi, dan tegangan sisa, mendorong transformasi beberapa struktur amorf menjadi struktur kristal dan mengurangi hamburan fonon. Selain itu, perlakuan panas suhu tinggi secara efektif mendorong pertumbuhan butiran SiC, yang pada akhirnya meningkatkan sifat termal material. Misalnya, setelah perlakuan panas suhu tinggi pada 1950°C, difusivitas termal sebesarkeramik SiCmeningkat dari 83,03 mm2·s-1 menjadi 89,50 mm2·s-1, dan konduktivitas termal suhu ruangan meningkat dari 180,94 W·m-1·K-1 menjadi 192,17 W·m-1·K-1. Perlakuan panas suhu tinggi secara signifikan meningkatkan kemampuan deoksidasi alat bantu sintering pada permukaan dan kisi SiC serta mengencangkan sambungan butiran SiC. Akibatnya, konduktivitas termal suhu kamar sebesarkeramik SiCterutama ditingkatkan setelah perlakuan panas suhu tinggi.**

Kami di Semicorex berspesialisasi dalamKeramik SiCdan Bahan Keramik lainnya yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor, jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon: +86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com