Silicio nitrido keramikos praktinio ir teorinio šilumos laidumo atotrūkio priežastys

Silicio nitridas (Si₃N4) yra struktūrinė keraminė medžiaga, kurios vidinis šilumos laidumas yra apie 320 W/(m·K), pasižymintis dideliu šilumos laidumu ir išskirtinėmis mechaninėmis savybėmis. Dėl puikaus stabilumo aplinkos temperatūroje Si₃N4 tapo plačiai naudojama keraminio pagrindo pakavimo medžiaga šiuolaikinėje puslaidininkių pramonėje. Tačiau yra pastebimas neatitikimas tarp praktinio Si₃N₄ šilumos laidumo ir jo teorinės vertės. Šiame straipsnyje nagrinėjami pagrindiniai veiksniai, lemiantys tokį skirtumą.

1 gardelės deguonis

Šilumos laidumą Si3N4 daugiausia reguliuoja fonono perdavimas. Grotelių netobulumai, įskaitant tuščias vietas, krovimo defektus ir tarpkristalines priemaišas, sustiprina fononų sklaidą ir sumažina silicio nitrido šilumos laidumą.

Gardelinis deguonis yra lemiamas veiksnys, keičiantis Si3N4 šilumos laidumą. Po to, kai deguonies atomai prasiskverbia į Si₃N4 gardelę, susidaro laisvos silicio vietos, drastiškai sutrumpinant laisvą fonono kelią ir atitinkamai sumažinant šilumos laidumą. Siekiant padidinti Si₃N4 šilumines savybes, deguonies kiekis neapdorotuose milteliuose turėtų būti sumažintas, kad būtų optimizuotas sukepinimo aktyvumas, o smulkūs pradiniai dalelių dydžiai išlaikomi, kad būtų užblokuotas papildomas deguonies užteršimas.

Įprasti sukepinimo priedai, skirtiSi3N4yra dar vienas pagrindinis gardelės deguonies šaltinis. Šie priedai sudaro tarpkristalines antrines fazes, kurių šilumos laidumas paprastai yra mažesnis nei 1 W/(m·K) skystoje fazėje, o tai pablogina tūrinį Si3N4 šilumos laidumą. Esami tyrimai patvirtina, kad retųjų žemių oksido sukepinimo priedų naudojimas sumažina gardelės deguonies kiekį, nes mažėja retųjų žemių elementų joninis spindulys. Pageidautina sukepinti žemoje temperatūroje, kad sumažintumėte Si₃N4 keraminių substratų gamybos sąnaudas, kartu užtikrinant visišką tankinimą ir pageidaujamą grūdelių dydį.

Be to, saikingai pridėjus redukuojančių anglies miltelių, slopinamas antrinės fazės susidarymas ir pagerinamas grotelių grynumas; Norint pasiekti didesnį šilumos laidumą, reikia vengti per daug laisvos anglies.

2 Silicio nitrido kristalinė struktūra

Silicio nitridas yra stipriai kovalentinis junginys, kurio molekulinė masė yra 140,68. Du paplitę jo polimorfai, α-Si₃N4 ir β-Si₃N4, abu priklauso šešiakampei kristalų sistemai. Atsižvelgiant į tai, kad Si3N4 keramika paprastai sukepinama aukštesnėje nei 1800 °C temperatūroje, β-Si3N4 yra dominuojanti kristalinė fazė komerciniuose Si3N4 komponentuose.

(1) β-Si₃N₄ grūdų augimo varomoji jėga

Likęs netransformuotas α-Si₃N4, likęs pereinant iš α į β fazę, daro ryškų neigiamą poveikį šilumos laidumui. Taigi visiškas fazės transformavimas iš α-Si₃N4 į β-Si₃N4 yra būtinas siekiant palengvinti β-Si₃N4 branduolių susidarymą ir grūdelių augimą, kad būtų pagerintas šilumos laidumas.

(2) Išaugintų β-Si₃N4 grūdų morfologija

Šilumos laidumas pastebimai padidėja didėjant β-Si₃N4 grūdelių dydžiui, o ilgesnė atkaitinimo trukmė dar labiau padidina šilumos perdavimo galimybes. Tačiau, kai grūdai užauga daugiau nei kritinis dydis, papildomas grūdų rupinimas nežymiai pagerina šilumines savybes.

3 Santykinis tankis

Santykinis tankis daro didelę įtaką Si₃N4 šilumos laidumui. Didesnis poringumas lemia akivaizdų šilumos laidumo pablogėjimą. Apskritai, didelio šilumos laidumo Si₃N₄ keramika turi didesnį tūrinį tankį ir šiluminį difuziškumą, o retųjų žemių oksidai palengvina visiškai tankaus silicio nitrido gamybą. Skystosios fazės sukepinimas yra privalomas, kad būtų užtikrintas silicio nitrido keramikos tankinimas, o galutinis Si3N4 tankis skiriasi priklausomai nuo skirtingų sukepinimo parametrų ir apdorojimo metodų. Dėl šios priežasties, norint gaminti didelio šilumos laidumo Si₃N₄ keramiką, labai svarbu pasirinkti tinkamus sukepinimo būdus.

Semicorex siūlo aukštos kokybėssIlikono nitrido plokštėsterminio oksidacijos procesams. Jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti # +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com