सिलिकॉन नायट्राइड सिरॅमिक्सच्या व्यावहारिक आणि सैद्धांतिक थर्मल चालकतामधील अंतराची कारणे

सिलिकॉन नायट्राइड (Si₃N₄) ही 320 W/(m·K) च्या आसपास आंतरिक थर्मल चालकता असलेली एक संरचनात्मक सिरॅमिक सामग्री आहे, ज्यामध्ये उच्च थर्मल चालकता आणि उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म आहेत. सभोवतालच्या तापमानात उत्कृष्ट स्थिरतेबद्दल धन्यवाद, Si₃N₄ आधुनिक सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारले जाणारे सिरेमिक सब्सट्रेट पॅकेजिंग साहित्य बनले आहे. तथापि, Si₃N₄ ची व्यावहारिक थर्मल चालकता आणि त्याचे सैद्धांतिक मूल्य यामध्ये लक्षणीय विसंगती आहे. हा पेपर अशा भिन्नतेसाठी जबाबदार असलेल्या प्राथमिक घटकांचा शोध घेतो.

1 जाळी ऑक्सिजन

Si₃N₄ मधील उष्णता वाहक मुख्यतः फोनॉन ट्रान्समिशनद्वारे नियंत्रित केले जाते. रिकाम्या जागा, स्टॅकिंग फॉल्ट्स आणि इंटरग्रॅन्युलर अशुद्धता यासह जाळीतील अपूर्णता फोनॉन स्कॅटरिंग तीव्र करतात आणि सिलिकॉन नायट्राइडची थर्मल चालकता कमी करतात.

जाळीचा ऑक्सिजन Si₃N₄ थर्मल चालकता बदलणारा निर्णायक घटक म्हणून काम करतो. ऑक्सिजनचे अणू Si₃N₄ जाळीमध्ये प्रवेश केल्यानंतर, सिलिकॉनच्या रिक्त जागा तयार होतात, फोनॉन म्हणजे मुक्त मार्ग मोठ्या प्रमाणात लहान करतात आणि त्यानुसार थर्मल चालकता कमी होते. Si₃N₄ च्या थर्मल कार्यक्षमतेला चालना देण्यासाठी, कच्च्या पावडरमध्ये ऑक्सिजन सामग्री कमी केली पाहिजे ज्यामुळे सिंटरिंग क्रियाकलाप ऑप्टिमाइझ केला जावा, तर अतिरिक्त ऑक्सिजन दूषित होण्यापासून रोखण्यासाठी सूक्ष्म प्रारंभिक कण आकार राखून ठेवला जातो.

साठी पारंपारिक sintering additivesSi₃N₄जाळीदार ऑक्सिजनचे आणखी एक प्रमुख स्त्रोत आहेत. हे ऍडिटीव्ह द्रव अवस्थेत सामान्यतः 1 W/(m·K) पेक्षा कमी थर्मल चालकता असलेले आंतरग्रॅन्युलर दुय्यम टप्पे तयार करतात, ज्यामुळे Si₃N₄ च्या मोठ्या प्रमाणात थर्मल चालकता बिघडते. विद्यमान संशोधन पुष्टी करते की दुर्मिळ-पृथ्वी ऑक्साईड सिंटरिंग ऍडिटीव्हचा अवलंब केल्याने दुर्मिळ-पृथ्वी घटकांची आयनिक त्रिज्या कमी झाल्यामुळे जाळीतील ऑक्सिजन सामग्री कमी होते. पूर्ण घनता आणि वांछनीय धान्य आकार सुरक्षित करताना Si₃N₄ सिरेमिक सब्सट्रेट्सच्या उत्पादन खर्चात कपात करण्यासाठी कमी-तापमानाच्या सिंटरिंगला प्राधान्य दिले जाते.

शिवाय, कार्बन पावडर कमी करण्याच्या मध्यम जोडण्यामुळे दुय्यम टप्प्याची निर्मिती दडपते आणि जाळीची शुद्धता सुधारते; भारदस्त थर्मल चालकता प्राप्त करण्यासाठी जास्त मुक्त कार्बन टाळले पाहिजे.

2 सिलिकॉन नायट्राइडची क्रिस्टल स्ट्रक्चर

सिलिकॉन नायट्राइड हे 140.68 च्या आण्विक वजनासह एक मजबूत सहसंयोजक संयुग आहे. त्याचे दोन प्रचलित बहुरूप, α‑Si₃N₄ आणि β‑Si₃N₄, दोन्ही षटकोनी क्रिस्टल प्रणालीशी संबंधित आहेत. Si₃N₄ सिरॅमिक्स सामान्यतः 1800 °C च्या वर सिंटर केलेले असतात हे लक्षात घेता, β‑Si₃N₄ व्यावसायिकरित्या उपलब्ध Si₃N₄ घटकांमध्ये प्रबळ क्रिस्टलीय टप्पा बनवते.

(1) β‑Si₃N₄ धान्य वाढीसाठी प्रेरक शक्ती

α‑to‑β फेज संक्रमणादरम्यान अवशिष्ट अपरिवर्तित α‑Si₃N₄ शिल्लक राहिल्याने थर्मल चालकतेवर स्पष्ट नकारात्मक प्रभाव पडतो. म्हणून, α‑Si₃N₄ ते β‑Si₃N₄ मध्ये पूर्ण फेज ट्रान्सफॉर्मेशन सुधारित थर्मल चालकता साठी β‑Si₃N₄ च्या न्यूक्लियेशन आणि धान्य वाढ सुलभ करण्यासाठी आवश्यक आहे.

(२) उगवलेल्या β‑Si₃N₄ धान्यांचे आकारशास्त्र

β‑Si₃N₄ धान्य आकार वाढल्याने थर्मल चालकता स्पष्टपणे वाढते आणि वाढीव ॲनिलिंग कालावधी उष्णता हस्तांतरण क्षमता वाढवते. तथापि, एकदा धान्य गंभीर परिमाणाच्या पलीकडे वाढले की, अतिरिक्त धान्य कोअर्सनिंग थर्मल कार्यक्षमतेत नगण्य सुधारणा आणते.

3 सापेक्ष घनता

सापेक्ष घनता Si₃N₄ थर्मल चालकता वर प्रमुख प्रभाव पाडते. उच्च सच्छिद्रता स्पष्ट थर्मल चालकता र्हास ठरतो. सर्वसाधारणपणे, उच्च-थर्मल-वाहकता Si₃N₄ सिरॅमिक्समध्ये भारदस्त घनता आणि थर्मल डिफ्यूसिव्हिटी असते आणि दुर्मिळ-पृथ्वी ऑक्साइड पूर्णपणे दाट सिलिकॉन नायट्राइड तयार करण्यास सुलभ करतात. सिलिकॉन नायट्राइड सिरॅमिक्सचे घनता लक्षात येण्यासाठी लिक्विड-फेज सिंटरिंग अनिवार्य आहे आणि Si₃N₄ ची अंतिम घनता वेगवेगळ्या सिंटरिंग पॅरामीटर्स आणि प्रक्रिया पद्धतींमध्ये बदलते. या कारणास्तव, उच्च-थर्मल-कंडक्टिव्हिटी Si₃N₄ सिरेमिक तयार करण्यासाठी योग्य सिंटरिंग तंत्र निवडणे महत्त्वाचे आहे.

Semicorex उच्च-गुणवत्तेची ऑफर करतेsआयकॉन नायट्राइड प्लेटsथर्मल ऑक्सिडेशन प्रक्रियेसाठी. आपल्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

संपर्क फोन # +86-13567891907

ईमेल: sales@semicorex.com