Silikon nitrid keramikasının praktiki və nəzəri istilik keçiriciliyi arasındakı fərqin səbəbləri

Silikon nitrid (Si₃N₄) yüksək istilik keçiriciliyi və əla mexaniki xassələrə malik olan, təxminən 320 Vt/(m·K) daxili istilik keçiriciliyinə malik struktur keramika materialıdır. Ətraf mühitin temperaturunda üstün sabitliyi sayəsində Si₃N₄ müasir yarımkeçirici sənayesi üçün geniş yayılmış keramika substrat qablaşdırma materialına çevrilmişdir. Bununla belə, Si₃N₄-in praktiki istilik keçiriciliyi ilə onun nəzəri dəyəri arasında nəzərəçarpacaq uyğunsuzluq mövcuddur. Bu yazıda bu cür fikir ayrılığına səbəb olan əsas amillər araşdırılır.

1 qəfəs oksigen

Si₃N₄-da istilik keçiriciliyi əsasən fonon ötürülməsi ilə idarə olunur. Şəbəkə qüsurları, o cümlədən boşluqlar, yığılma qüsurları və dənəvərlər arası çirklər fononun səpilməsini gücləndirir və silisium nitridin istilik keçiriciliyini pisləşdirir.

Şəbəkə oksigeni Si₃N₄ istilik keçiriciliyini dəyişdirən həlledici amil kimi xidmət edir. Oksigen atomları Si₃N₄ qəfəsə daxil olduqdan sonra silikon boşluqları əmələ gəlir, fononun orta sərbəst yolunu kəskin şəkildə qısaldır və müvafiq olaraq istilik keçiriciliyini azaldır. Si₃N₄-nin istilik performansını artırmaq üçün xam tozlarda oksigen miqdarı sinterləmə fəaliyyətini optimallaşdırmaq üçün minimuma endirilməlidir, əlavə oksigen çirklənməsinin qarşısını almaq üçün incə başlanğıc hissəcik ölçüləri saxlanılır.

üçün adi sinterləmə əlavələriSi₃N₄qəfəs oksigeninin başqa bir əsas mənbəyidir. Bu aşqarlar maye faza daxilində istilik keçiriciliyi ümumiyyətlə 1 Vt/(m·K)-dən aşağı olan dənəvər arası ikincili fazalar əmələ gətirir ki, bu da Si₃N₄-nin kütləvi istilik keçiriciliyini pozur. Mövcud tədqiqatlar təsdiqləyir ki, nadir torpaq oksidi sinterləşdirici əlavələrin qəbulu nadir torpaq elementlərinin ion radiusu azaldıqca şəbəkədəki oksigen miqdarını azaldır. Si₃N₄ keramika substratlarının istehsal xərclərini azaltmaq üçün aşağı temperaturda sinterləşdirməyə üstünlük verilir, eyni zamanda tam sıxlaşma və arzu olunan taxıl ölçüsü təmin edilir.

Bundan əlavə, azaldıcı karbon tozunun orta dərəcədə əlavə edilməsi ikincili faza əmələ gəlməsini maneə törədir və şəbəkənin saflığını yaxşılaşdırır; yüksək istilik keçiriciliyinə nail olmaq üçün həddindən artıq sərbəst karbondan qaçınmaq lazımdır.

2 Silikon Nitridin Kristal Strukturu

Silikon nitrid molekulyar çəkisi 140,68 olan güclü kovalent birləşmədir. Onun iki geniş yayılmış polimorfları, α‑Si₃N₄ və β‑Si₃N₄, hər ikisi altıbucaqlı kristal sisteminə aiddir. Si₃N₄ keramikaların adətən 1800 °C-dən yuxarı sinterləndiyini nəzərə alsaq, β‑Si₃N₄ kommersiyada mövcud Si₃N₄ komponentlərində dominant kristal fazanı təşkil edir.

(1) β‑Si₃N₄ taxıl artımı üçün hərəkətverici qüvvə

α‑to‑β faza keçidi zamanı transformasiya olunmamış qalıq α‑Si₃N₄ istilik keçiriciliyinə açıq şəkildə mənfi təsir göstərir. Beləliklə, α‑Si₃N₄-dən β‑Si₃N₄-ə tam faza çevrilməsi, istilik keçiriciliyinin yaxşılaşdırılması üçün β‑Si₃N₄-in nüvələşməsini və taxıl böyüməsini asanlaşdırmaq üçün vacibdir.

(2) Yetişmiş β‑Si₃N₄ Taxılların Morfologiyası

Artan β‑Si₃N₄ taxıl ölçüsü ilə istilik keçiriciliyi nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksəlir və uzadılmış yumşalma müddəti istilik ötürmə qabiliyyətini daha da artırır. Bununla belə, taxıllar kritik ölçüdən kənara çıxdıqda, əlavə taxıl qabalaşdırılması istilik performansına cüzi yaxşılaşma gətirir.

3 Nisbi Sıxlıq

Nisbi sıxlıq Si₃N₄ istilik keçiriciliyinə mühüm təsir göstərir. Daha yüksək məsaməlilik istilik keçiriciliyinin açıq şəkildə pozulmasına səbəb olur. Ümumiyyətlə, yüksək istilik keçiriciliyi olan Si₃N₄ keramika yüksək həcmli sıxlığa və istilik diffuzivliyinə malikdir və nadir torpaq oksidləri tam sıx silikon nitridin istehsalını asanlaşdırır. Silikon nitrid keramikasının sıxlığını həyata keçirmək üçün maye fazalı sinterləmə məcburidir və Si₃N₄-nin son sıxlığı müxtəlif sinterləmə parametrləri və emal üsulları altında dəyişir. Bu səbəbdən, yüksək istilik keçiriciliyi olan Si₃N₄ keramika istehsalı üçün uyğun sinterləmə üsullarının seçilməsi vacibdir.

Semicorex yüksək keyfiyyət təklif edirsilicon nitride plitəsistermal oksidləşmə prosesləri üçün. Hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com