Tại sao nhu cầu về gốm sứ SiC dẫn nhiệt cao trong ngành bán dẫn ngày càng tăng?

Hiện nay,cacbua silic (SiC)là một lĩnh vực nghiên cứu rất tích cực về vật liệu gốm dẫn nhiệt cả trong nước và quốc tế. Với độ dẫn nhiệt lý thuyết có thể đạt tới 270 W/mK đối với một số loại tinh thể nhất định,SiClà một trong những công ty có thành tích hàng đầu trong lĩnh vực vật liệu không dẫn điện. Các ứng dụng của nó trải rộng trên các chất nền thiết bị bán dẫn, vật liệu gốm có độ dẫn nhiệt cao, lò sưởi và tấm nóng trong xử lý chất bán dẫn, vật liệu viên nang cho nhiên liệu hạt nhân và vòng đệm kín khí trong máy bơm nén.

thế nàocacbua silicỨng dụng trong ngành bán dẫn?

Tấm mài và đồ gá là thiết bị xử lý thiết yếu trong sản xuất tấm silicon trong ngành công nghiệp bán dẫn. Nếu tấm mài được làm từ gang hoặc thép cacbon, chúng có xu hướng có tuổi thọ ngắn và hệ số giãn nở nhiệt cao. Trong quá trình xử lý tấm wafer silicon, đặc biệt là trong quá trình mài hoặc đánh bóng tốc độ cao, sự mài mòn và biến dạng nhiệt của các tấm mài này khiến việc duy trì độ phẳng và độ song song của tấm wafer silicon trở nên khó khăn. Tuy nhiên, tấm mài làm từ gốm cacbua silic có độ cứng cao và độ mài mòn thấp, với hệ số giãn nở nhiệt gần giống với hệ số giãn nở nhiệt của tấm silicon, cho phép mài và đánh bóng tốc độ cao.

Hơn nữa, trong quá trình sản xuất tấm silicon, cần phải xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, thường sử dụng đồ đạc bằng cacbua silic để vận chuyển. Những thiết bị cố định này có khả năng chịu nhiệt và hư hỏng, đồng thời có thể được phủ bằng carbon giống kim cương (DLC) để nâng cao hiệu suất, giảm thiểu hư hỏng tấm bán dẫn và ngăn chặn sự khuếch tán ô nhiễm. Ngoài ra, với tư cách là đại diện của vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng thế hệ thứ ba, các tinh thể đơn silicon cacbua sở hữu các đặc tính như vùng cấm rộng (khoảng ba lần so với silicon), độ dẫn nhiệt cao (khoảng 3,3 lần so với silicon hoặc gấp 10 lần so với silicon). của GaAs), tốc độ bão hòa electron cao (khoảng 2,5 lần so với silicon) và điện trường phân hủy cao (khoảng 10 lần so với silicon hoặc gấp 5 lần so với GaAs). Các thiết bị cacbua silic bù đắp cho những thiếu sót của các thiết bị vật liệu bán dẫn truyền thống trong các ứng dụng thực tế và đang dần trở thành xu hướng chủ đạo trong chất bán dẫn điện.

Tại sao nhu cầu về độ dẫn nhiệt caoGốm sứ SiCPhẫu thuật?

Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, nhu cầu vềgốm sứ cacbua silictrong ngành công nghiệp bán dẫn đang tăng lên nhanh chóng. Độ dẫn nhiệt cao là một chỉ số quan trọng cho ứng dụng của chúng trong các linh kiện thiết bị sản xuất chất bán dẫn, giúp nghiên cứu về độ dẫn nhiệt caogốm SiCchủ yếu. Giảm hàm lượng oxy trong mạng, tăng mật độ và kiểm soát hợp lý sự phân bố pha thứ hai trong mạng là các phương pháp chính để tăng cường độ dẫn nhiệt củagốm sứ cacbua silic.

Hiện nay, việc nghiên cứu vật liệu dẫn nhiệt caogốm SiCở Trung Quốc còn hạn chế và tụt hậu đáng kể so với tiêu chuẩn toàn cầu. Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm:

Tăng cường nghiên cứu quá trình chuẩn bị củagốm SiCbột, vì việc chuẩn bị bột SiC có độ tinh khiết cao, ít oxy là nền tảng để đạt được độ dẫn nhiệt caogốm SiC.

Tăng cường lựa chọn và nghiên cứu lý thuyết về chất trợ thiêu kết.

Phát triển thiết bị thiêu kết cao cấp, vì việc điều chỉnh quá trình thiêu kết để có được cấu trúc vi mô hợp lý là điều cần thiết để đạt được độ dẫn nhiệt caogốm SiC.

Những biện pháp nào có thể cải thiện độ dẫn nhiệt củaGốm sứ SiC?

Chìa khóa để cải thiện tính dẫn nhiệt củagốm SiClà để giảm tần số tán xạ phonon và tăng đường đi tự do trung bình của phonon. Điều này có thể đạt được một cách hiệu quả bằng cách giảm độ xốp và mật độ ranh giới hạt củagốm SiC, tăng cường độ tinh khiết của ranh giới hạt SiC, giảm thiểu tạp chất hoặc khuyết tật trong mạng SiC và tăng chất mang vận chuyển nhiệt trong SiC. Hiện nay, tối ưu hóa loại và hàm lượng chất trợ thiêu kết và xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao là các biện pháp chính để tăng cường độ dẫn nhiệt củagốm SiC.

Tối ưu hóa loại và nội dung của chất hỗ trợ thiêu kết

Các chất hỗ trợ thiêu kết khác nhau thường được thêm vào trong quá trình chuẩn bị các vật liệu có độ dẫn nhiệt caogốm SiC. Loại và thành phần của các chất trợ thiêu kết này ảnh hưởng đáng kể đến độ dẫn nhiệt củagốm SiC. Ví dụ, các nguyên tố như Al hoặc O trong chất hỗ trợ thiêu kết hệ thống Al2O3 có thể dễ dàng hòa tan vào mạng SiC, tạo ra các chỗ trống và khuyết tật, do đó làm tăng tần số tán xạ phonon. Hơn nữa, nếu hàm lượng chất hỗ trợ thiêu kết quá thấp, vật liệu có thể không đặc lại trong quá trình thiêu kết, trong khi hàm lượng chất hỗ trợ thiêu kết cao có thể dẫn đến tăng tạp chất và khuyết tật. Chất hỗ trợ thiêu kết pha lỏng quá mức cũng có thể ức chế sự phát triển của hạt SiC, làm giảm đường tự do trung bình của phonon. Vì vậy, để đạt được độ dẫn nhiệt caogốm SiC, cần giảm thiểu hàm lượng chất hỗ trợ thiêu kết trong khi vẫn đảm bảo độ đậm đặc và chọn chất hỗ trợ thiêu kết không dễ hòa tan trong mạng SiC.

Hiện nay, ép nónggốm SiCsử dụng BeO làm chất trợ thiêu kết cho thấy độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng cao nhất (270 W·m-1·K-1). Tuy nhiên, BeO có độc tính cao và gây ung thư nên không thích hợp để sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm hoặc công nghiệp. Hệ thống Y2O3-Al2O3 có điểm eutectic ở 1760°C và là chất trợ thiêu kết pha lỏng phổ biến chogốm SiC, nhưng vì Al3+ dễ dàng hòa tan vào mạng SiC nêngốm SiCvới hệ thống này như một chất hỗ trợ thiêu kết có độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng dưới 200 W·m-1·K-1.

Các nguyên tố đất hiếm như Y, Sm, Sc, Gd và La không dễ hòa tan trong mạng SiC và có ái lực oxy cao, làm giảm hàm lượng oxy trong mạng SiC một cách hiệu quả. Vì vậy, hệ Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) thường được sử dụng làm chất trợ thiêu kết để chuẩn bị hệ dẫn nhiệt cao (>200 W·m-1·K-1)gốm SiC. Ví dụ, trong hệ thống Y2O3-Sc2O3, độ lệch ion giữa Y3+ và Si4+ là đáng kể, ngăn cản sự hình thành dung dịch rắn. Độ hòa tan của Sc trong SiC nguyên chất tương đối thấp ở nhiệt độ 1800~2600°C, xấp xỉ (2~3)×10^17 nguyên tử·cm^-3.

Tính chất nhiệt của gốm SiC với các chất trợ thiêu kết khác nhau

Xử lý nhiệt độ cao

Xử lý nhiệt ở nhiệt độ caogốm SiCgiúp loại bỏ các khuyết tật mạng, sự lệch vị trí và ứng suất dư, thúc đẩy quá trình chuyển đổi một số cấu trúc vô định hình thành cấu trúc tinh thể và giảm sự tán xạ phonon. Ngoài ra, xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao còn thúc đẩy sự phát triển của hạt SiC một cách hiệu quả, cuối cùng là nâng cao tính chất nhiệt của vật liệu. Ví dụ, sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao ở 1950°C, độ khuếch tán nhiệt củagốm SiCtăng từ 83,03 mm2·s-1 lên 89,50 mm2·s-1 và độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng tăng từ 180,94 W·m-1·K-1 lên 192,17 W·m-1·K-1. Xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao cải thiện đáng kể khả năng khử oxy của chất trợ thiêu kết trên bề mặt và mạng SiC, đồng thời thắt chặt các kết nối hạt SiC. Do đó, độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng củagốm SiCđược tăng cường đáng kể sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao.**

Chúng tôi tại Semicorex chuyên vềGốm sứ SiCvà các Vật liệu gốm sứ khác ứng dụng trong sản xuất chất bán dẫn, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Điện thoại liên hệ: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com