Silicon Nitride là gì

Silicon nitrua (Si3N4)là vật liệu quan trọng trong việc phát triển gốm sứ kết cấu nhiệt độ cao tiên tiến. Được biết đến với các đặc tính đặc biệt như chịu nhiệt độ cao, chống mài mòn, mật độ thấp, độ bền và độ cứng cao, nó đã nổi tiếng là "nhà vô địch đa năng của thế giới vật liệu". Những đặc điểm độc đáo này đã làm cho gốm silicon nitride trở nên không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực tiên tiến, bao gồm kỹ thuật cơ khí, hàng không vũ trụ, quốc phòng, công nghệ bán dẫn và thậm chí cả các ứng dụng y sinh.

silic nitrualà một hợp chất vô cơ, phi kim loại bao gồm các đơn vị tứ diện Si-N, được đặc trưng bởi liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ giữa các nguyên tử. Độ bền liên kết cao giữa các nguyên tử silicon và nitơ mang lại cho Si3N4 các đặc tính cơ học vượt trội, bao gồm độ cứng vượt trội và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Chất liệu gốm sứ của nó thể hiện khả năng chống uốn và nén mạnh mẽ, khiến nó có độ bền cao trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Tuy nhiên, liên kết cộng hóa trị mạnh tương tự tạo nên độ bền cho silicon nitride cũng dẫn đến hạn chế biến dạng dẻo, có nghĩa là cấu trúc tinh thể có rất ít hệ thống trượt. Điều này làm cho silicon nitride có tính chất giòn, khiến nó dễ bị gãy hơn khi bị căng thẳng.

Một trong những ưu điểm chính củasilicon nitritlà tính ổn định hóa học mạnh mẽ của nó, xuất phát từ cấu trúc mạng lưới không gian được hình thành bởi các đơn vị tứ diện silicon nitride. Điều này làm cho nó có khả năng kháng lại hầu hết các axit và bazơ vô cơ cao, ngoại trừ axit hydrofluoric có thể ăn mòn vật liệu. Độ bền hóa học này làm tăng thêm độ tin cậy của nó trong môi trường hóa học khắc nghiệt, tiếp tục mở rộng các ứng dụng tiềm năng của nó trong các ngành công nghiệp quan trọng.

Cấu trúc tinh thể Silicon Nitride

silic nitruatồn tại ở ba cấu trúc tinh thể khác nhau: pha α, pha β và pha γ. Trong số này, pha α và β là dạng Si3N4 được quan sát và sử dụng phổ biến nhất, cả hai đều thuộc hệ tinh thể lục giác. Cấu trúc mạng lưới ổn định của các pha này tạo ra các đặc tính cơ học và nhiệt tuyệt vời khiến gốm silicon nitride trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng.

Pha β (β-Si3N4) đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng kỹ thuật do hiệu suất vượt trội của nó dưới nhiệt độ cao và khả năng kháng hóa chất. Đây là dạng tinh thể được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, quốc phòng và cơ khí. Ví dụ, β-Si3N4 được sử dụng trong sản xuất các bộ phận động cơ gốm hiệu suất cao, rôto và stato cho tua bin khí và vòng đệm cơ khí, trong đó đặc tính tự bôi trơn và độ bền cao trong điều kiện khắc nghiệt được đánh giá cao.

Ngược lại, pha γ (γ-Si3N4) là một dạng silicon nitrit ít phổ biến hơn nhiều và chỉ có thể được tổng hợp trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Do đó, nghiên cứu về cấu trúc silicon nitride chủ yếu tập trung vào các pha α và β.

Độ dẫn nhiệt caoChất nền gốm Silicon Nitride

Khi ngành công nghiệp điện tử tiếp tục phát triển theo hướng hệ thống hóa, trí tuệ và tích hợp cao hơn, nhu cầu về các thiết bị bán dẫn đang tăng lên nhanh chóng. Với công suất đầu vào của chip điện tử ngày càng tăng và các mạch có mật độ dày đặc hơn, nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động trở thành một thách thức đáng kể. Tản nhiệt hiệu quả đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và hiệu suất tổng thể của các thiết bị bán dẫn và đây là lúc silicon nitride đóng vai trò quan trọng.

Độ dẫn nhiệt lý thuyết cao của silicon nitride, kết hợp với khả năng cách điện tuyệt vời và khả năng chống oxy hóa, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho chất nền đóng gói điện tử công suất cao. Ngoài ra, hệ số giãn nở nhiệt của nó gần giống với hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu được sử dụng trong chip bán dẫn, đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc và giảm thiểu ứng suất nhiệt trong quá trình vận hành. Những đặc tính này cho phép sản xuất chất nền hiệu suất cao để tản nhiệt trong các ứng dụng như mạch tốc độ cao, IGBT (Bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện), hệ thống LG (Dẫn ánh sáng) và CPV (Quang điện tập trung).

Khả năng tản nhiệt hiệu quả của silicon nitride trong khi vẫn duy trì tính cách điện và độ ổn định cơ học là điều cần thiết cho các thiết bị xử lý lượng điện năng lớn. Hiệu suất tuyệt vời của nó trong các lĩnh vực này không chỉ đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của chất bán dẫn điện mà còn góp phần thu nhỏ và hiệu quả của các hệ thống điện tử hiện đại.

Phần kết luận

Tóm lại, sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, khả năng chịu nhiệt, tính ổn định hóa học và tính dẫn nhiệt của silicon nitride khiến nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong nhiều ứng dụng hiệu suất cao. Từ việc sử dụng nó trong hàng không vũ trụ và quốc phòng để sản xuất các bộ phận bền, nhiệt độ cao, cho đến vai trò giải quyết các thách thức tản nhiệt trong các thiết bị bán dẫn công suất cao, silicon nitride tiếp tục là nhân tố quan trọng trong sự tiến bộ của công nghệ hiện đại. Khi nghiên cứu tiếp tục khám phá các đặc tính và tiềm năng của nó, silicon nitride sẵn sàng trở thành nhà vô địch trong thế giới vật liệu tiên tiến.

Semicorex cung cấp chất lượng caochất nền SiN. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com