Waarom is er in de halfgeleiderindustrie een toenemende vraag naar SiC-keramiek met hoge thermische geleidbaarheid?

Momenteel,siliciumcarbide (SiC)is een zeer actief onderzoeksgebied op het gebied van warmtegeleidende keramische materialen, zowel nationaal als internationaal. Met een theoretische thermische geleidbaarheid die voor bepaalde kristaltypen kan oplopen tot 270 W/mK,SiCbehoort tot de toppresteerders op het gebied van niet-geleidende materialen. De toepassingen ervan strekken zich uit over substraten van halfgeleiderapparaten, keramische materialen met een hoge thermische geleidbaarheid, verwarmingselementen en kookplaten bij de verwerking van halfgeleiders, capsulematerialen voor nucleaire brandstof en luchtdichte afdichtingen in compressorpompen.

Hoe is hetSiliciumcarbideToegepast in de halfgeleiderindustrie?

Slijpplaten en armaturen zijn essentiële procesapparatuur bij de productie van siliciumwafels binnen de halfgeleiderindustrie. Als slijpplaten zijn gemaakt van gietijzer of koolstofstaal, hebben ze doorgaans een korte levensduur en een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt. Tijdens de verwerking van siliciumwafels, vooral tijdens slijpen of polijsten op hoge snelheid, maken de slijtage en thermische vervorming van deze slijpplaten het een uitdaging om de vlakheid en evenwijdigheid van de siliciumwafels te behouden. Slijpplaten gemaakt van siliciumcarbide-keramiek vertonen echter een hoge hardheid en lage slijtage, met een thermische uitzettingscoëfficiënt die nauw aansluit bij die van siliciumwafels, waardoor slijpen en polijsten op hoge snelheid mogelijk is.

Bovendien is tijdens de productie van siliciumwafels een warmtebehandeling op hoge temperatuur vereist, waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van siliciumcarbide-bevestigingen voor transport. Deze armaturen zijn bestand tegen hitte en schade en kunnen worden gecoat met diamantachtige koolstof (DLC) om de prestaties te verbeteren, schade aan de wafer te verminderen en de verspreiding van verontreiniging te voorkomen. Bovendien bezitten siliciumcarbide-monokristallen, als vertegenwoordiger van de halfgeleidermaterialen met een brede bandafstand van de derde generatie, eigenschappen zoals een grote bandafstand (ongeveer drie keer die van silicium), een hoge thermische geleidbaarheid (ongeveer 3,3 keer die van silicium of 10 keer die van silicium). van GaAs), hoge elektronenverzadigingssnelheid (ongeveer 2,5 keer die van silicium) en een elektrisch veld met hoge doorslag (ongeveer 10 keer dat van silicium of vijf keer dat van GaAs). Siliciumcarbide-apparaten compenseren de tekortkomingen van traditionele apparaten van halfgeleidermateriaal in praktische toepassingen en worden geleidelijk mainstream in vermogenshalfgeleiders.

Waarom is er vraag naar hoge thermische geleidbaarheid?SiC-keramiekStijgend?

Met de voortdurende technologische vooruitgang neemt de vraag naarsiliciumcarbide keramiekin de halfgeleiderindustrie neemt snel toe. Hoge thermische geleidbaarheid is een kritische indicator voor de toepassing ervan in componenten van halfgeleiderproductieapparatuur, waardoor het onderzoek naar hoge thermische geleidbaarheidSiC-keramiekcruciaal. Het verminderen van het zuurstofgehalte in het rooster, het verhogen van de dichtheid en het rationeel controleren van de verdeling van de tweede fase in het rooster zijn primaire methoden om de thermische geleidbaarheid vansiliciumcarbide keramiek.

Momenteel wordt onderzoek gedaan naar hoge thermische geleidbaarheidSiC-keramiekin China is beperkt en blijft aanzienlijk achter bij de mondiale normen. Toekomstige onderzoeksrichtingen omvatten:

Versterking van het voorbereidingsprocesonderzoek vanSiC-keramiekpoeders, omdat de bereiding van zeer zuiver, zuurstofarm SiC-poeder van fundamenteel belang is voor het bereiken van een hoge thermische geleidbaarheidSiC-keramiek.

Verbetering van de selectie en het theoretisch onderzoek van sinterhulpmiddelen.

Het ontwikkelen van hoogwaardige sinterapparatuur, omdat het reguleren van het sinterproces om een ​​redelijke microstructuur te verkrijgen essentieel is voor het verkrijgen van een hoge thermische geleidbaarheidSiC-keramiek.

Welke maatregelen kunnen de thermische geleidbaarheid vanSiC-keramiek?

De sleutel tot het verbeteren van de thermische geleidbaarheid vanSiC-keramiekis om de fononverstrooiingsfrequentie te verminderen en het gemiddelde vrije pad van fononen te vergroten. Dit kan effectief worden bereikt door de porositeit en korrelgrensdichtheid van te verminderenSiC-keramiek, het verbeteren van de zuiverheid van SiC-korrelgrenzen, het minimaliseren van onzuiverheden of defecten in het SiC-rooster, en het vergroten van de thermische transportdragers in SiC. Momenteel zijn het optimaliseren van het type en de inhoud van sinterhulpmiddelen en hittebehandeling bij hoge temperaturen de belangrijkste maatregelen om de thermische geleidbaarheid vanSiC-keramiek.

Optimalisatie van het type en de inhoud van sinterhulpmiddelen

Tijdens de bereiding van hoge thermische geleidbaarheid worden vaak verschillende sinterhulpmiddelen toegevoegdSiC-keramiek. Het type en de inhoud van deze sinterhulpmiddelen hebben een aanzienlijke invloed op de thermische geleidbaarheid vanSiC-keramiek. Elementen zoals Al of O in de sinterhulpmiddelen van het Al2O3-systeem kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk oplossen in het SiC-rooster, waardoor vacatures en defecten ontstaan, waardoor de fononverstrooiingsfrequentie toeneemt. Bovendien, als het gehalte aan sinterhulpmiddel te laag is, kan het zijn dat het materiaal niet verdicht tijdens het sinteren, terwijl een hoog gehalte aan sinterhulpmiddel kan leiden tot verhoogde onzuiverheden en defecten. Overmatige sinterhulpmiddelen in de vloeibare fase kunnen ook de groei van SiC-korrels remmen, waardoor het gemiddelde vrije pad van fononen wordt verminderd. Daarom om een ​​hoge thermische geleidbaarheid te bereikenSiC-keramiekis het noodzakelijk om het gehalte aan sinterhulpmiddelen te minimaliseren en tegelijkertijd de verdichting te garanderen, en sinterhulpmiddelen te selecteren die niet gemakkelijk oplosbaar zijn in het SiC-rooster.

Momenteel heet geperstSiC-keramiekdie BeO als sinterhulpmiddel gebruiken, vertonen de hoogste thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur (270 W·m-1·K-1). BeO is echter zeer giftig en kankerverwekkend, waardoor het ongeschikt is voor wijdverbreid gebruik in laboratoria of de industrie. Het Y2O3-Al2O3-systeem heeft een eutectisch punt bij 1760°C en is een veelgebruikt sinterhulpmiddel in de vloeibare fase voorSiC-keramiek, maar aangezien Al3+ gemakkelijk oplost in het SiC-rooster,SiC-keramiekmet dit systeem als sinterhulpmiddel hebben ze een thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur van minder dan 200 W·m-1·K-1.

Zeldzame aardelementen zoals Y, Sm, Sc, Gd en La zijn niet gemakkelijk oplosbaar in het SiC-rooster en hebben een hoge zuurstofaffiniteit, waardoor het zuurstofgehalte in het SiC-rooster effectief wordt verlaagd. Daarom wordt het Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La)-systeem vaak gebruikt als sinterhulpmiddel voor het bereiden van hoge thermische geleidbaarheid (>200 W·m-1·K-1)SiC-keramiek. In het Y2O3-Sc2O3-systeem is de ionische afwijking tussen Y3+ en Si4+ bijvoorbeeld aanzienlijk, waardoor de vorming van vaste oplossingen wordt voorkomen. De oplosbaarheid van Sc in zuiver SiC is relatief laag bij temperaturen van 1800~2600°C, ongeveer (2~3)×10^17 atomen·cm^-3.

De thermische eigenschappen van SiC-keramiek met verschillende sinterhulpmiddelen

Warmtebehandeling op hoge temperatuur

Warmtebehandeling op hoge temperatuur vanSiC-keramiekhelpt bij het elimineren van roosterdefecten, dislocaties en restspanning, bevordert de transformatie van sommige amorfe structuren in kristallijne structuren en vermindert fononverstrooiing. Bovendien bevordert de hittebehandeling bij hoge temperaturen op effectieve wijze de groei van de SiC-korrels, waardoor uiteindelijk de thermische eigenschappen van het materiaal worden verbeterd. Na een warmtebehandeling bij hoge temperatuur bij 1950°C neemt bijvoorbeeld de thermische diffusiviteit vanSiC-keramieksteeg van 83,03 mm2·s-1 naar 89,50 mm2·s-1, en de thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur nam toe van 180,94 W·m-1·K-1 naar 192,17 W·m-1·K-1. Warmtebehandeling bij hoge temperaturen verbetert aanzienlijk het deoxidatievermogen van sinterhulpmiddelen op het SiC-oppervlak en -rooster en verstevigt de SiC-korrelverbindingen. Bijgevolg is de thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur vanSiC-keramiekwordt aanzienlijk verbeterd na hittebehandeling bij hoge temperaturen.**

Wij van Semicorex zijn gespecialiseerd inSiC-keramieken andere keramische materialen die worden toegepast bij de productie van halfgeleiders. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.

Contacttelefoon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com