ซิลิคอนไนไตรด์คืออะไร

ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4)เป็นวัสดุสำคัญในการพัฒนาเซรามิกโครงสร้างขั้นสูงที่มีอุณหภูมิสูง เป็นที่รู้จักในด้านคุณสมบัติพิเศษ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง และความแข็ง จึงได้รับชื่อเสียงว่าเป็น "แชมป์ด้านวัสดุที่หลากหลายของโลก" คุณลักษณะเฉพาะเหล่านี้ทำให้เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในสาขาที่ล้ำสมัย รวมถึงวิศวกรรมเครื่องกล การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ และแม้แต่การใช้งานด้านชีวการแพทย์

ซิลิคอนไนไตรด์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะที่ประกอบด้วยหน่วยเตตราฮีดรัล Si-N ซึ่งมีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอม แรงยึดเกาะสูงระหว่างอะตอมของซิลิคอนและไนโตรเจนทำให้ Si3N4 มีคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่น รวมถึงความแข็งที่เหนือกว่าและความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยม เซรามิกของมันแสดงให้เห็นถึงความต้านทานการโค้งงอและการบีบอัดที่แข็งแกร่ง ทำให้มีความทนทานสูงในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งแบบเดียวกันที่ทำให้ซิลิคอนไนไตรด์มีความแข็งแรงยังส่งผลให้เกิดการเสียรูปพลาสติกจำกัด ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างผลึกมีระบบสลิปน้อยมาก สิ่งนี้ทำให้ซิลิคอนไนไตรด์มีลักษณะเปราะ ทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกหักภายใต้ความเครียด

ข้อดีประการหนึ่งที่สำคัญของซิลิคอนไนไตรด์คือความเสถียรทางเคมีที่แข็งแกร่ง ซึ่งเกิดจากโครงสร้างเครือข่ายเชิงพื้นที่ที่เกิดจากหน่วยจัตุรมุขของซิลิคอนไนไตรด์ ทำให้มีความทนทานสูงต่อกรดและเบสอนินทรีย์ส่วนใหญ่ ยกเว้นกรดไฮโดรฟลูออริกซึ่งสามารถกัดกร่อนวัสดุได้ ความทนทานต่อสารเคมีนี้เพิ่มความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง และยังขยายการใช้งานที่มีศักยภาพในอุตสาหกรรมที่สำคัญอีกด้วย

โครงสร้างคริสตัลซิลิคอนไนไตรด์

ซิลิคอนไนไตรด์มีอยู่ในโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันสามแบบ: เฟสα, β-เฟส และ γ-เฟส ในระยะเหล่านี้ เฟส α และ β เป็นรูปแบบ Si3N4 ที่มีการสังเกตและใช้งานบ่อยที่สุด ซึ่งทั้งสองเฟสอยู่ในระบบคริสตัลหกเหลี่ยม โครงสร้างเครือข่ายที่เสถียรของเฟสเหล่านี้มีหน้าที่รับผิดชอบต่อคุณสมบัติทางกลและทางความร้อนที่ดีเยี่ยม ซึ่งทำให้เซรามิกซิลิคอนไนไตรด์เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

เฟส β (β-Si3N4) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานทางวิศวกรรม เนื่องจากมีสมรรถนะที่เหนือกว่าภายใต้อุณหภูมิสูงและทนทานต่อสารเคมี เป็นรูปแบบคริสตัลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และวิศวกรรมเครื่องกล ตัวอย่างเช่น β-Si3N4 ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์เซรามิกประสิทธิภาพสูง โรเตอร์และสเตเตอร์สำหรับกังหันก๊าซ และวงแหวนซีลเชิงกล ซึ่งมีคุณสมบัติในการหล่อลื่นในตัวเองและความทนทานสูงภายใต้สภาวะที่รุนแรงซึ่งมีมูลค่าสูง

ในทางตรงกันข้าม γ-phase (γ-Si3N4) เป็นรูปแบบซิลิคอนไนไตรด์ที่พบได้น้อยกว่ามากซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ การวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างซิลิคอนไนไตรด์จึงมุ่งเน้นไปที่เฟส α และ β เป็นหลัก

การนำความร้อนสูงพื้นผิวเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์

ในขณะที่อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยังคงพัฒนาไปสู่การวางระบบ ความชาญฉลาด และการบูรณาการที่มากขึ้น ความต้องการอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ด้วยกำลังอินพุตที่เพิ่มขึ้นสำหรับชิปอิเล็กทรอนิกส์และวงจรที่มีความหนาแน่นมากขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานจึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญ การกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมและประสิทธิภาพของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และนี่คือจุดที่ซิลิคอนไนไตรด์มีบทบาทสำคัญ

การนำความร้อนตามทฤษฎีสูงของซิลิคอนไนไตรด์ รวมกับฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับซับสเตรตบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนยังใกล้เคียงกันกับวัสดุที่ใช้ในชิปเซมิคอนดักเตอร์ ช่วยให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้างและลดความเครียดจากความร้อนระหว่างการทำงาน คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้สามารถผลิตซับสเตรตประสิทธิภาพสูงสำหรับการกระจายความร้อนในการใช้งาน เช่น วงจรความเร็วสูง, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), LG (Light Guides) และระบบ CPV (Concentrated Photovoltaic)

ความสามารถของซิลิคอนไนไตรด์ในการกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ยังคงความเป็นฉนวนไฟฟ้าและความเสถียรทางกล ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในด้านเหล่านี้ไม่เพียงแต่รับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของเซมิคอนดักเตอร์กำลังเท่านั้น แต่ยังมีส่วนช่วยในการย่อขนาดและประสิทธิภาพของระบบอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่อีกด้วย

บทสรุป

โดยสรุป การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของซิลิคอนไนไตรด์ในด้านความแข็งแรง ทนความร้อน ความคงตัวทางเคมี และการนำความร้อน ทำให้ซิลิคอนไนไตรด์เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงที่หลากหลาย ตั้งแต่การใช้งานในการบินและอวกาศและการป้องกันเพื่อการผลิตชิ้นส่วนที่ทนทานและมีอุณหภูมิสูง ไปจนถึงบทบาทในการแก้ปัญหาการกระจายความร้อนในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ซิลิคอนไนไตรด์ยังคงเป็นผู้เล่นสำคัญในความก้าวหน้าของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ในขณะที่การวิจัยยังคงสำรวจคุณสมบัติและศักยภาพของมัน ซิลิคอนไนไตรด์ก็พร้อมที่จะยังคงเป็นแชมป์ในโลกของวัสดุขั้นสูง

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงสารตั้งต้น SiN- หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com