सेमीकंडक्टर उद्योगात उच्च-थर्मल चालकता SiC सिरॅमिक्सची मागणी का वाढत आहे?

सध्या,सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)देशांतर्गत आणि आंतरराष्ट्रीय पातळीवर थर्मल कंडक्टिव सिरेमिक मटेरियलमध्ये संशोधनाचे एक अत्यंत सक्रिय क्षेत्र आहे. विशिष्ट क्रिस्टल प्रकारांसाठी 270 W/mK पर्यंत पोहोचू शकणाऱ्या सैद्धांतिक थर्मल चालकतेसह,SiCनॉन-कंडक्टिव्ह मटेरियलमध्ये अव्वल कामगिरी करणाऱ्यांपैकी एक आहे. त्याचे ऍप्लिकेशन अर्धसंवाहक उपकरण सब्सट्रेट्स, उच्च-थर्मल-कंडक्टिव्हिटी सिरॅमिक मटेरियल, सेमीकंडक्टर प्रोसेसिंगमधील हीटर्स आणि हॉट प्लेट्स, अणुइंधनासाठी कॅप्सूल सामग्री आणि कंप्रेसर पंप्समधील हवाबंद सीलमध्ये पसरलेले आहेत.

कसे आहेसिलिकॉन कार्बाइडसेमीकंडक्टर उद्योगात लागू केले?

सेमीकंडक्टर उद्योगात सिलिकॉन वेफर्सच्या उत्पादनात ग्राइंडिंग प्लेट्स आणि फिक्स्चर ही आवश्यक प्रक्रिया उपकरणे आहेत. जर ग्राइंडिंग प्लेट्स कास्ट आयर्न किंवा कार्बन स्टीलपासून बनवल्या गेल्या असतील तर त्यांचे आयुष्य कमी असते आणि थर्मल विस्ताराचा उच्च गुणांक असतो. सिलिकॉन वेफर प्रक्रियेदरम्यान, विशेषत: हाय-स्पीड ग्राइंडिंग किंवा पॉलिशिंग दरम्यान, या ग्राइंडिंग प्लेट्सच्या पोशाख आणि थर्मल विकृतीमुळे सिलिकॉन वेफर्सचा सपाटपणा आणि समांतरता राखणे आव्हानात्मक होते. तथापि, सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिकपासून बनवलेल्या ग्राइंडिंग प्लेट्समध्ये उच्च कडकपणा आणि कमी पोशाख दिसून येतो, ज्यामध्ये थर्मल विस्ताराचा गुणांक सिलिकॉन वेफर्सशी जवळून जुळतो, ज्यामुळे हाय-स्पीड ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंग शक्य होते.

शिवाय, सिलिकॉन वेफर्सच्या उत्पादनादरम्यान, उच्च-तापमान उष्णता उपचार आवश्यक आहे, बहुतेकदा वाहतुकीसाठी सिलिकॉन कार्बाइड फिक्स्चर वापरतात. हे फिक्स्चर उष्णता आणि नुकसानास प्रतिरोधक असतात आणि कार्यक्षमतेत वाढ करण्यासाठी, वेफरचे नुकसान कमी करण्यासाठी आणि दूषित प्रसार रोखण्यासाठी डायमंड-समान कार्बन (DLC) सह लेपित केले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, तिसऱ्या पिढीच्या वाइड-बँडगॅप सेमीकंडक्टर सामग्रीचे प्रतिनिधी म्हणून, सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्समध्ये विस्तृत बँडगॅप (सिलिकॉनच्या अंदाजे तीन पट), उच्च थर्मल चालकता (सिलिकॉनच्या सुमारे 3.3 पट किंवा 10 पट) असे गुणधर्म असतात. GaAs चे), उच्च इलेक्ट्रॉन संपृक्तता वेग (सिलिकॉनच्या सुमारे 2.5 पट), आणि उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड (सिलिकॉनच्या अंदाजे 10 पट किंवा GaAs च्या पाच पट). सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणे व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये पारंपारिक सेमीकंडक्टर मटेरियल उपकरणांच्या कमतरतांची भरपाई करतात आणि पॉवर सेमीकंडक्टरमध्ये हळूहळू मुख्य प्रवाहात येत आहेत.

उच्च-थर्मल चालकता मागणी का आहेSiC सिरॅमिक्सवाढू लागले?

सतत तांत्रिक प्रगतीसह, मागणीसिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकसेमीकंडक्टर उद्योगात झपाट्याने वाढ होत आहे. उच्च थर्मल चालकता हे सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरणांच्या घटकांमध्ये त्यांच्या वापरासाठी एक महत्त्वपूर्ण सूचक आहे, ज्यामुळे संशोधन उच्च-थर्मल-वाहकता बनते.SiC सिरेमिकनिर्णायक जाळीतील ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी करणे, घनता वाढवणे आणि जाळीतील दुसऱ्या टप्प्याचे वितरण तर्कशुद्धपणे नियंत्रित करणे ही थर्मल चालकता वाढविण्याच्या प्राथमिक पद्धती आहेत.सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक.

सध्या, उच्च-थर्मल-कंडक्टिव्हिटीवर संशोधनSiC सिरेमिकचीनमध्ये मर्यादित आहे आणि जागतिक मानकांपेक्षा लक्षणीय मागे आहे. भविष्यातील संशोधन दिशानिर्देशांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

च्या तयारी प्रक्रिया संशोधन मजबूत करणेSiC सिरेमिकपावडर, उच्च-शुद्धतेची तयारी म्हणून, कमी-ऑक्सिजन SiC पावडर उच्च-थर्मल-वाहकता प्राप्त करण्यासाठी मूलभूत आहेSiC सिरेमिक.

सिंटरिंग एड्सची निवड आणि सैद्धांतिक संशोधन वाढवणे.

हाय-एंड सिंटरिंग उपकरणे विकसित करणे, कारण वाजवी मायक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त करण्यासाठी सिंटरिंग प्रक्रियेचे नियमन करणे उच्च-थर्मल-वाहकता प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक आहे.SiC सिरेमिक.

कोणते उपाय थर्मल चालकता सुधारू शकतातSiC सिरॅमिक्स?

ची थर्मल चालकता सुधारण्याची गुरुकिल्लीSiC सिरेमिकफोनॉन स्कॅटरिंग फ्रिक्वेंसी कमी करणे आणि फोनॉन्सचा मध्यम मुक्त मार्ग वाढवणे. ची सच्छिद्रता आणि धान्य सीमा घनता कमी करून हे प्रभावीपणे साध्य केले जाऊ शकतेSiC सिरेमिक, SiC धान्य सीमांची शुद्धता वाढवणे, SiC जाळीतील अशुद्धता किंवा दोष कमी करणे आणि SiC मधील थर्मल वाहतूक वाहक वाढवणे. सध्या, सिंटरिंग एड्सचा प्रकार आणि सामग्री अनुकूल करणे आणि उच्च-तापमान उष्णता उपचार हे थर्मल चालकता वाढविण्यासाठी प्राथमिक उपाय आहेत.SiC सिरेमिक.

सिंटरिंग एड्सचा प्रकार आणि सामग्री ऑप्टिमाइझ करणे

उच्च-थर्मल-वाहकता तयार करताना विविध सिंटरिंग एड्स अनेकदा जोडल्या जातातSiC सिरेमिक. या सिंटरिंग एड्सचा प्रकार आणि सामग्री थर्मल चालकतेवर लक्षणीय परिणाम करतेSiC सिरेमिक. उदाहरणार्थ, Al2O3 सिस्टीम सिंटरिंग एड्समधील Al किंवा O सारखे घटक SiC जाळीमध्ये सहजपणे विरघळू शकतात, रिक्त जागा आणि दोष निर्माण करतात, त्यामुळे फोनॉन स्कॅटरिंग वारंवारता वाढते. शिवाय, जर सिंटरिंग सहाय्य सामग्री खूप कमी असेल तर, सिंटरिंग दरम्यान सामग्री घनता येऊ शकत नाही, तर उच्च सिंटरिंग सहाय्य सामग्रीमुळे अशुद्धता आणि दोष वाढू शकतात. जास्त प्रमाणात लिक्विड-फेज सिंटरिंग एड्स देखील SiC ग्रेनच्या वाढीस प्रतिबंध करू शकतात, फोनॉन म्हणजे मुक्त मार्ग कमी करतात. म्हणून, उच्च-थर्मल-वाहकता प्राप्त करण्यासाठीSiC सिरेमिक, घनता सुनिश्चित करताना सिंटरिंग सहाय्य सामग्री कमी करणे आवश्यक आहे आणि SiC जाळीमध्ये सहजपणे विरघळणारे नसलेले सिंटरिंग एड्स निवडणे आवश्यक आहे.

सध्या, गरम-दाबलेलेSiC सिरेमिकसिंटरिंग सहाय्य म्हणून BeO चा वापर केल्याने खोली-तापमानाची उच्चतम थर्मल चालकता (270 W·m-1·K-1) दिसून येते. तथापि, BeO अत्यंत विषारी आणि कार्सिनोजेनिक आहे, ज्यामुळे ते प्रयोगशाळांमध्ये किंवा उद्योगात व्यापक वापरासाठी अयोग्य बनते. Y2O3-Al2O3 सिस्टीममध्ये 1760 डिग्री सेल्सिअसवर एक युटेक्टिक पॉइंट आहे आणि ही एक सामान्य लिक्विड-फेज सिंटरिंग मदत आहेSiC सिरेमिक, परंतु Al3+ सहजपणे SiC जाळीमध्ये विरघळत असल्याने,SiC सिरेमिकसिंटरिंग मदत म्हणून या प्रणालीमध्ये खोली-तापमान थर्मल चालकता 200 W·m-1·K-1 पेक्षा कमी असते.

Y, Sm, Sc, Gd आणि La सारखे दुर्मिळ पृथ्वीचे घटक SiC जाळीमध्ये सहज विरघळणारे नसतात आणि त्यांना उच्च ऑक्सिजन आत्मीयता असते, ज्यामुळे SiC जाळीतील ऑक्सिजन सामग्री प्रभावीपणे कमी होते. म्हणून, Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) प्रणाली सामान्यतः उच्च-थर्मल-वाहकता (>200 W·m-1·K-1) तयार करण्यासाठी सिंटरिंग मदत म्हणून वापरली जाते.SiC सिरेमिक. उदाहरणार्थ, Y2O3-Sc2O3 सिस्टीममध्ये, Y3+ आणि Si4+ मधील आयनिक विचलन लक्षणीय आहे, ज्यामुळे ठोस द्रावण तयार होण्यास प्रतिबंध होतो. शुद्ध SiC मध्ये Sc ची विद्राव्यता 1800~2600°C तापमानात तुलनेने कमी असते, अंदाजे (2~3)×10^17 अणू·cm^-3.

वेगवेगळ्या सिंटरिंग एड्ससह SiC सिरॅमिक्सचे थर्मल गुणधर्म

उच्च-तापमान उष्णता उपचार

च्या उच्च-तापमान उष्णता उपचारSiC सिरेमिकजाळीतील दोष, विस्थापन आणि अवशिष्ट ताण काढून टाकण्यास मदत करते, काही आकारहीन संरचनांचे स्फटिकासारखे संरचनांमध्ये रूपांतर करण्यास प्रोत्साहन देते आणि फोनॉन स्कॅटरिंग कमी करते. याव्यतिरिक्त, उच्च-तापमान उष्णता उपचार प्रभावीपणे SiC धान्य वाढीस प्रोत्साहन देते, शेवटी सामग्रीचे थर्मल गुणधर्म वाढवते. उदाहरणार्थ, 1950 डिग्री सेल्सिअस वर उच्च-तापमान उष्णता उपचारानंतर, थर्मल डिफ्यूजिविटीSiC सिरेमिक83.03 mm2·s-1 वरून 89.50 mm2·s-1 पर्यंत वाढले, आणि खोली-तापमान थर्मल चालकता 180.94 W·m-1·K-1 वरून 192.17 W·m-1·K-1 पर्यंत वाढली. उच्च-तापमान उष्णता उपचार SiC पृष्ठभाग आणि जाळीवरील सिंटरिंग एड्सची डीऑक्सिडेशन क्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारते आणि SiC धान्य कनेक्शन घट्ट करते. परिणामी, खोलीचे तापमान थर्मल चालकताSiC सिरेमिकउच्च-तापमान उष्मा उपचारानंतर लक्षणीयरीत्या वर्धित केले जाते.**

आम्ही Semicorex मध्ये विशेष आहोतSiC सिरॅमिक्सआणि सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये लागू केलेले इतर सिरॅमिक मटेरियल, तुमच्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

संपर्क फोन: +86-13567891907

ईमेल: sales@semicorex.com