¿Por qué existe una creciente demanda de cerámicas de SiC de alta conductividad térmica en la industria de semiconductores?

Actualmente,carburo de silicio (SiC)Es un área de investigación muy activa en materiales cerámicos conductores térmicos tanto a nivel nacional como internacional. Con una conductividad térmica teórica que puede alcanzar hasta 270 W/mK para ciertos tipos de cristales,Sicse encuentra entre los mejores en materiales no conductores. Sus aplicaciones abarcan sustratos de dispositivos semiconductores, materiales cerámicos de alta conductividad térmica, calentadores y placas calientes en el procesamiento de semiconductores, materiales para cápsulas para combustible nuclear y sellos herméticos en bombas de compresores.

Cómo esCarburo de Silicio¿Aplicado en la industria de semiconductores?

Las placas y accesorios de molienda son equipos de proceso esenciales en la producción de obleas de silicio en la industria de los semiconductores. Si las placas abrasivas están hechas de hierro fundido o acero al carbono, tienden a tener una vida útil corta y un alto coeficiente de expansión térmica. Durante el procesamiento de obleas de silicio, especialmente durante el esmerilado o pulido a alta velocidad, el desgaste y la deformación térmica de estas placas de esmerilado dificultan mantener la planitud y el paralelismo de las obleas de silicio. Sin embargo, las placas de molienda hechas de cerámica de carburo de silicio exhiben una alta dureza y un bajo desgaste, con un coeficiente de expansión térmica que se asemeja mucho al de las obleas de silicio, lo que permite un pulido y pulido de alta velocidad.

Además, durante la producción de obleas de silicio, se requiere un tratamiento térmico a alta temperatura, utilizando a menudo accesorios de carburo de silicio para el transporte. Estos accesorios son resistentes al calor y a los daños y pueden recubrirse con carbono similar al diamante (DLC) para mejorar el rendimiento, mitigar el daño de las obleas y evitar la difusión de la contaminación. Además, como representante de los materiales semiconductores de banda ancha de tercera generación, los monocristales de carburo de silicio poseen propiedades tales como una banda prohibida amplia (aproximadamente tres veces mayor que la del silicio), alta conductividad térmica (aproximadamente 3,3 veces mayor que la del silicio o 10 veces mayor que la del silicio). de GaAs), una alta velocidad de saturación de electrones (alrededor de 2,5 veces la del silicio) y un alto campo eléctrico de ruptura (aproximadamente 10 veces la del silicio o cinco veces la del GaAs). Los dispositivos de carburo de silicio compensan las deficiencias de los dispositivos de materiales semiconductores tradicionales en aplicaciones prácticas y gradualmente se están convirtiendo en algo común en los semiconductores de potencia.

¿Por qué existe la demanda de alta conductividad térmica?Cerámica de Sic¿Surgiendo?

Con los continuos avances tecnológicos, la demanda decerámicas de carburo de silicioen la industria de los semiconductores está aumentando rápidamente. La alta conductividad térmica es un indicador crítico para su aplicación en componentes de equipos de fabricación de semiconductores, lo que hace que la investigación sobre alta conductividad térmicaCerámica de Siccrucial. Reducir el contenido de oxígeno de la red, aumentar la densidad y controlar racionalmente la distribución de la segunda fase en la red son métodos principales para mejorar la conductividad térmica decerámicas de carburo de silicio.

Actualmente, la investigación sobre alta conductividad térmicaCerámica de Sicen China es limitado y está muy por detrás de los estándares globales. Las direcciones de investigación futuras incluyen:

Fortalecimiento del proceso de preparación de la investigación deCerámica de Sicpolvos, ya que la preparación de polvo de SiC de alta pureza y bajo contenido de oxígeno es fundamental para lograr una alta conductividad térmica.Cerámica de Sic.

Mejorar la selección y la investigación teórica de auxiliares de sinterización.

Desarrollar equipos de sinterización de alta gama, ya que regular el proceso de sinterización para obtener una microestructura razonable es esencial para adquirir una alta conductividad térmica.Cerámica de Sic.

¿Qué medidas pueden mejorar la conductividad térmica deCerámica de Sic?

La clave para mejorar la conductividad térmica deCerámica de Sices reducir la frecuencia de dispersión de fonones y aumentar el camino libre medio de los fonones. Esto se puede lograr efectivamente reduciendo la porosidad y la densidad del límite de grano deCerámica de Sic, mejorando la pureza de los límites de los granos de SiC, minimizando las impurezas o defectos en la red de SiC y aumentando los portadores de transporte térmico en SiC. Actualmente, optimizar el tipo y el contenido de auxiliares de sinterización y el tratamiento térmico a alta temperatura son medidas principales para mejorar la conductividad térmica deCerámica de Sic.

Optimización del tipo y contenido de los auxiliares de sinterización

A menudo se añaden diversos auxiliares de sinterización durante la preparación de materiales de alta conductividad térmica.Cerámica de Sic. El tipo y contenido de estos auxiliares de sinterización afectan significativamente la conductividad térmica deCerámica de Sic. Por ejemplo, elementos como Al u O en los auxiliares de sinterización del sistema Al2O3 pueden disolverse fácilmente en la red de SiC, creando vacantes y defectos, aumentando así la frecuencia de dispersión de fonones. Además, si el contenido de coadyuvante de sinterización es demasiado bajo, es posible que el material no se densifique durante la sinterización, mientras que un contenido elevado de coadyuvante de sinterización puede provocar un aumento de impurezas y defectos. Un exceso de auxiliares de sinterización en fase líquida también podría inhibir el crecimiento del grano de SiC, reduciendo el camino libre medio de los fonones. Por lo tanto, para lograr una alta conductividad térmicaCerámica de Sic, es necesario minimizar el contenido de coadyuvantes de sinterización garantizando al mismo tiempo la densificación, y seleccionar coadyuvantes de sinterización que no sean fácilmente solubles en la red de SiC.

Actualmente, prensado en calienteCerámica de Sicque utilizan BeO como ayuda para la sinterización exhiben la conductividad térmica más alta a temperatura ambiente (270 W·m-1·K-1). Sin embargo, el BeO es altamente tóxico y cancerígeno, por lo que no es adecuado para su uso generalizado en laboratorios o en la industria. El sistema Y2O3-Al2O3 tiene un punto eutéctico a 1760 °C y es un auxiliar de sinterización en fase líquida común paraCerámica de Sic, pero como Al3+ se disuelve fácilmente en la red de SiC,Cerámica de Siccon este sistema como coadyuvante de sinterización tienen conductividades térmicas a temperatura ambiente inferiores a 200 W·m-1·K-1.

Los elementos de tierras raras como Y, Sm, Sc, Gd y La no son fácilmente solubles en la red de SiC y tienen una alta afinidad por el oxígeno, lo que reduce eficazmente el contenido de oxígeno en la red de SiC. Por lo tanto, el sistema Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) se utiliza comúnmente como ayuda a la sinterización para preparar materiales de alta conductividad térmica (>200 W·m-1·K-1).Cerámica de Sic. Por ejemplo, en el sistema Y2O3-Sc2O3, la desviación iónica entre Y3+ y Si4+ es significativa, impidiendo la formación de soluciones sólidas. La solubilidad del Sc en SiC puro es relativamente baja a temperaturas de 1800~2600°C, aproximadamente (2~3)×10^17 átomos·cm^-3.

Las propiedades térmicas de las cerámicas de SiC con diferentes auxiliares de sinterización

Tratamiento térmico a alta temperatura

Tratamiento térmico a alta temperatura deCerámica de Sicayuda a eliminar defectos de la red, dislocaciones y tensiones residuales, promoviendo la transformación de algunas estructuras amorfas en estructuras cristalinas y reduciendo la dispersión de fonones. Además, el tratamiento térmico a alta temperatura promueve eficazmente el crecimiento del grano de SiC y, en última instancia, mejora las propiedades térmicas del material. Por ejemplo, después del tratamiento térmico a alta temperatura a 1950°C, la difusividad térmica deCerámica de Sicaumentó de 83,03 mm2·s-1 a 89,50 mm2·s-1, y la conductividad térmica a temperatura ambiente aumentó de 180,94 W·m-1·K-1 a 192,17 W·m-1·K-1. El tratamiento térmico a alta temperatura mejora significativamente la capacidad de desoxidación de los auxiliares de sinterización en la superficie y la red de SiC y refuerza las conexiones de los granos de SiC. En consecuencia, la conductividad térmica a temperatura ambiente deCerámica de Sicmejora notablemente después del tratamiento térmico a alta temperatura.**

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