De ce există o cerere în creștere pentru ceramică SiC cu conductivitate termică ridicată în industria semiconductoarelor?

În prezent,carbură de siliciu (SiC)este un domeniu foarte activ de cercetare în materiale ceramice termoconductoare atât pe plan intern, cât și internațional. Cu o conductivitate termică teoretică care poate ajunge până la 270 W/mK pentru anumite tipuri de cristale,Siceste printre cei mai performanti în materiale neconductoare. Aplicațiile sale se întind pe substraturi pentru dispozitive semiconductoare, materiale ceramice cu conductivitate termică ridicată, încălzitoare și plăci încălzite în procesarea semiconductoarelor, materiale pentru capsule pentru combustibil nuclear și etanșări etanșe la pompele compresoarelor.

Cum esteCarbură de siliciuAplicat în industria semiconductoarelor?

Plăcile de șlefuit și dispozitivele de fixare sunt echipamente esențiale de proces în producția de plachete de siliciu în industria semiconductoarelor. Dacă plăcile de șlefuit sunt fabricate din fontă sau oțel carbon, acestea tind să aibă o durată de viață scurtă și un coeficient ridicat de dilatare termică. În timpul prelucrării plachetelor de siliciu, în special în timpul șlefuirii sau lustruirii de mare viteză, uzura și deformarea termică a acestor plăci de șlefuire fac dificilă menținerea planeității și paralelismului plăcilor de siliciu. Cu toate acestea, plăcile de șlefuit din ceramică cu carbură de siliciu prezintă duritate ridicată și uzură redusă, cu un coeficient de dilatare termică care se potrivește îndeaproape cu cel al plachetelor de siliciu, permițând șlefuirea și lustruirea de mare viteză.

Mai mult decât atât, în timpul producției de plachete de siliciu, este necesar un tratament termic la temperatură înaltă, folosind adesea dispozitive de carbură de siliciu pentru transport. Aceste dispozitive sunt rezistente la căldură și deteriorări și pot fi acoperite cu carbon asemănător diamantului (DLC) pentru a îmbunătăți performanța, a atenua deteriorarea plachetelor și a preveni difuzia contaminării. În plus, ca reprezentant al materialelor semiconductoare cu bandă interzisă de a treia generație, cristalele simple cu carbură de siliciu au proprietăți precum o bandă interzisă largă (de aproximativ trei ori mai mare decât cea a siliciului), conductivitate termică ridicată (de aproximativ 3,3 ori mai mare decât cea a siliciului sau de 10 ori mai mare decât cea a siliciului). de GaAs), viteza mare de saturație a electronilor (de aproximativ 2,5 ori mai mare decât cea a siliciului) și un câmp electric de defalcare mare (de aproximativ 10 ori mai mare decât cel al siliciului sau de cinci ori mai mare decât cel al GaAs). Dispozitivele cu carbură de siliciu compensează deficiențele dispozitivelor tradiționale cu materiale semiconductoare în aplicații practice și devin treptat mainstream în semiconductorii de putere.

De ce este cererea de conductivitate termică ridicatăCeramica SicCreștere?

Cu progresele tehnologice continue, cererea deceramică cu carbură de siliciuîn industria semiconductoarelor este în creștere rapidă. Conductibilitatea termică ridicată este un indicator critic pentru aplicarea lor în componentele echipamentelor de fabricare a semiconductoarelor, ceea ce face cercetarea conductivității termice ridicate.ceramica Siccrucial. Reducerea conținutului de oxigen al rețelei, creșterea densității și controlul rațional al distribuției celei de-a doua faze în rețea sunt metode primare de îmbunătățire a conductivității termice a rețelei.ceramică cu carbură de siliciu.

În prezent, cercetări asupra conductibilității termice ridicateceramica Sicîn China este limitată și rămâne semnificativ în urma standardelor globale. Direcțiile viitoare de cercetare includ:

Consolidarea procesului de pregătire cercetare aCeramica Sicpulberi, deoarece prepararea pulberii de SiC de înaltă puritate și cu conținut scăzut de oxigen este fundamentală pentru obținerea unei conductivitati termice ridicateceramica Sic.

Îmbunătățirea selecției și cercetării teoretice a ajutoarelor de sinterizare.

Dezvoltarea echipamentelor de sinterizare de ultimă generație, deoarece reglarea procesului de sinterizare pentru a obține o microstructură rezonabilă este esențială pentru obținerea unei conductivitati termice ridicate.ceramica Sic.

Ce măsuri pot îmbunătăți conductibilitatea termicăCeramica Sic?

Cheia pentru îmbunătățirea conductibilității termice aceramica Siceste de a reduce frecvența de împrăștiere a fononilor și de a crește calea liberă medie a fononilor. Acest lucru poate fi realizat eficient prin reducerea porozității și a densității granițeiceramica Sic, sporind puritatea granițelor SiC, minimizând impuritățile sau defectele din rețeaua SiC și creșterea purtătorilor de transport termic în SiC. În prezent, optimizarea tipului și conținutului de ajutoare de sinterizare și tratamentul termic la temperatură înaltă sunt măsuri primare pentru a îmbunătăți conductibilitatea termică aceramica Sic.

Optimizarea tipului și conținutului de ajutoare pentru sinterizare

În timpul preparării conductibilității termice ridicate, sunt adesea adăugați diferiți adjuvanți de sinterizareceramica Sic. Tipul și conținutul acestor ajutoare de sinterizare afectează în mod semnificativ conductivitatea termică aceramica Sic. De exemplu, elemente precum Al sau O din ajutoarele de sinterizare ale sistemului Al2O3 se pot dizolva cu ușurință în rețeaua SiC, creând locuri libere și defecte, crescând astfel frecvența de împrăștiere a fononilor. În plus, dacă conținutul de auxiliar de sinterizare este prea scăzut, materialul poate să nu se densifice în timpul sinterizării, în timp ce conținutul ridicat de adjuvant de sinterizare poate duce la creșterea impurităților și a defectelor. Ajutoarele excesive de sinterizare în fază lichidă ar putea, de asemenea, inhiba creșterea granulelor de SiC, reducând calea liberă medie a fononului. Prin urmare, pentru a obține o conductivitate termică ridicatăceramica Sic, este necesar să se minimizeze conținutul de auxiliar de sinterizare asigurând în același timp densificarea și să se selecteze ajutoare de sinterizare care nu sunt ușor solubile în rețeaua SiC.

În prezent, presat la caldceramica Sicfolosind BeO ca ajutor de sinterizare prezintă cea mai mare conductivitate termică la temperatura camerei (270 W·m-1·K-1). Cu toate acestea, BeO este extrem de toxic și cancerigen, ceea ce îl face nepotrivit pentru utilizare pe scară largă în laboratoare sau industrie. Sistemul Y2O3-Al2O3 are un punct eutectic la 1760°C și este un ajutor comun de sinterizare în fază lichidă pentruceramica Sic, dar deoarece Al3+ se dizolvă ușor în rețeaua SiC,ceramica Siccu acest sistem ca ajutor de sinterizare au conductivitati termice la temperatura camerei sub 200 W·m-1·K-1.

Elementele pământurilor rare precum Y, Sm, Sc, Gd și La nu sunt ușor solubile în rețeaua SiC și au afinitate mare pentru oxigen, reducând eficient conținutul de oxigen din rețeaua SiC. Prin urmare, sistemul Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) este utilizat în mod obișnuit ca ajutor de sinterizare pentru prepararea conductibilității termice ridicate (>200 W·m-1·K-1)ceramica Sic. De exemplu, în sistemul Y2O3-Sc2O3, deviația ionică dintre Y3+ și Si4+ este semnificativă, prevenind formarea soluțiilor solide. Solubilitatea lui Sc în SiC pur este relativ scăzută la temperaturi de 1800~2600°C, aproximativ (2~3)×10^17 atomi·cm^-3.

Proprietățile termice ale ceramicii SiC cu diferiți ajutoare de sinterizare

Tratament termic la temperatură înaltă

Tratament termic la temperatură înaltă deceramica Sicajută la eliminarea defectelor de rețea, dislocațiile și stresul rezidual, promovând transformarea unor structuri amorfe în structuri cristaline și reducând împrăștierea fononilor. În plus, tratamentul termic la temperatură înaltă promovează eficient creșterea cerealelor SiC, îmbunătățind în cele din urmă proprietățile termice ale materialului. De exemplu, după un tratament termic la temperatură înaltă la 1950°C, difuzivitatea termică aceramica Sica crescut de la 83,03 mm2·s-1 la 89,50 mm2·s-1, iar conductivitatea termică la temperatura camerei a crescut de la 180,94 W·m-1·K-1 la 192,17 W·m-1·K-1. Tratamentul termic la temperatură înaltă îmbunătățește semnificativ capacitatea de dezoxidare a ajutoarelor de sinterizare pe suprafața și rețeaua SiC și strânge conexiunile cerealelor SiC. În consecință, conductivitatea termică la temperatura camerei deceramica Siceste îmbunătățită considerabil după tratamentul termic la temperatură înaltă.**

Noi, cei de la Semicorex, suntem specializați înCeramica Sicși alte materiale ceramice aplicate în fabricarea semiconductoarelor, dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Telefon de contact: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com