เหตุผลของช่องว่างระหว่างการนำความร้อนเชิงปฏิบัติและเชิงทฤษฎีของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์

ซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) เป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างที่มีค่าการนำความร้อนจากภายในประมาณ 320 W/(m·K) ซึ่งมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่น ด้วยความเสถียรที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิแวดล้อม Si₃N₄ จึงกลายเป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์ซับสเตรตเซรามิกที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่ อย่างไรก็ตาม มีความคลาดเคลื่อนที่เห็นได้ชัดเจนระหว่างค่าการนำความร้อนในทางปฏิบัติของ Si₃N₄ และค่าทางทฤษฎี บทความนี้สำรวจปัจจัยหลักที่รับผิดชอบต่อความแตกต่างดังกล่าว

1 แลตทิซออกซิเจน

การนำความร้อนใน Si₃N₄ ถูกควบคุมโดยการส่งผ่านโฟนอนเป็นส่วนใหญ่ ความไม่สมบูรณ์ของโครงตาข่ายรวมถึงตำแหน่งว่าง ความผิดพลาดในการซ้อน และสิ่งเจือปนตามขอบเกรนทำให้การกระเจิงของโฟนอนรุนแรงขึ้นและลดการนำความร้อนของซิลิคอนไนไตรด์

แลตทิซออกซิเจนทำหน้าที่เป็นปัจจัยชี้ขาดในการเปลี่ยนแปลงการนำความร้อนของ Si₃N₄ หลังจากที่อะตอมออกซิเจนเจาะทะลุโครงตาข่าย Si₃N₄ ตำแหน่งที่ว่างของซิลิคอนจะก่อตัวขึ้น ทำให้เส้นทางอิสระของโฟนอนสั้นลงอย่างมาก และลดการนำความร้อนตามไปด้วย ในการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของ Si₃N₄ ควรลดปริมาณออกซิเจนในผงดิบให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อให้กิจกรรมการเผาผนึกเหมาะสมที่สุด ในขณะที่ขนาดอนุภาคเริ่มต้นที่ละเอียดจะยังคงอยู่เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของออกซิเจนส่วนเกิน

สารเติมแต่งการเผาผนึกทั่วไปสำหรับศรี₃N₄เป็นแหล่งสำคัญของออกซิเจนขัดแตะอีกแหล่งหนึ่ง สารเติมแต่งเหล่านี้ก่อให้เกิดเฟสทุติยภูมิตามขอบเกรนที่มีค่าการนำความร้อนโดยทั่วไปต่ำกว่า 1 W/(m·K) ภายในเฟสของเหลว ซึ่งทำให้ค่าการนำความร้อนจำนวนมากของ Si₃N₄ ลดลง การวิจัยที่มีอยู่ยืนยันว่าการใช้สารเติมแต่งในการเผาผนึกแรร์เอิร์ธออกไซด์จะช่วยลดปริมาณออกซิเจนในตาข่ายเนื่องจากรัศมีไอออนของธาตุหายากลดลง การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำเป็นที่ต้องการเพื่อลดต้นทุนการผลิตของซับสเตรตเซรามิก Si₃N₄ ขณะเดียวกันก็รักษาความหนาแน่นเต็มที่และขนาดเกรนที่ต้องการ

นอกจากนี้ การเติมผงคาร์บอนรีดิวซ์ในระดับปานกลางจะยับยั้งการสร้างเฟสทุติยภูมิและปรับปรุงความบริสุทธิ์ของแลตทิซ ควรหลีกเลี่ยงคาร์บอนอิสระที่มากเกินไปเพื่อให้ได้ค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้น

2 โครงสร้างผลึกของซิลิคอนไนไตรด์

ซิลิคอนไนไตรด์เป็นสารประกอบโควาเลนต์อย่างแรงโดยมีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากับ 140.68 โพลีมอร์ฟที่แพร่หลายสองตัวคือ α‑Si₃N₄ และ β‑Si₃N₄ ซึ่งทั้งคู่อยู่ในระบบคริสตัลหกเหลี่ยม เนื่องจากเซรามิก Si₃N₄ โดยทั่วไปจะถูกเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า 1800 °C β‑Si₃N₄ จึงถือเป็นเฟสผลึกที่โดดเด่นในส่วนประกอบ Si₃N₄ ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด

(1) แรงผลักดันสำหรับการเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว β‑ศรี₃N₄

α‑Si₃N₄ ที่ยังไม่เปลี่ยนรูปที่เหลืออยู่ระหว่างการเปลี่ยนเฟส α‑to‑β ก่อให้เกิดผลกระทบด้านลบที่เด่นชัดต่อการนำความร้อน ดังนั้น การเปลี่ยนเฟสโดยสมบูรณ์จาก α‑Si₃N₄ เป็น β‑Si₃N₄ จึงเป็นสิ่งจำเป็นในการอำนวยความสะดวกในการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของเกรนของ β‑Si₃N₄ เพื่อปรับปรุงการนำความร้อน

(2) สัณฐานวิทยาของธัญพืช β‑Si₃N₄ ที่ปลูก

ค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเพิ่มขนาดเกรน β‑Si₃N₄ และระยะเวลาการอบอ่อนที่ขยายออกไปช่วยเพิ่มความสามารถในการถ่ายเทความร้อนได้ดียิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเมล็ดเติบโตเกินมิติวิกฤต การเพิ่มความหยาบของเมล็ดข้าวเพิ่มเติมจะทำให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้นเล็กน้อย

3 ความหนาแน่นสัมพัทธ์

ความหนาแน่นสัมพัทธ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการนำความร้อนของ Si₃N₄ ความพรุนที่สูงขึ้นนำไปสู่การเสื่อมสภาพของการนำความร้อนอย่างเห็นได้ชัด โดยทั่วไป เซรามิก Si₃N₄ การนำความร้อนสูงมีความหนาแน่นรวมและการกระจายความร้อนที่สูงขึ้น และออกไซด์ของแรร์เอิร์ธช่วยในการผลิตซิลิคอนไนไตรด์ที่มีความหนาแน่นเต็มที่ การเผาผนึกในเฟสของเหลวเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เกิดความหนาแน่นของเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ และความหนาแน่นสุดท้ายของ Si₃N₄ จะแตกต่างกันไปภายใต้พารามิเตอร์การเผาผนึกและวิธีการประมวลผลที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ การเลือกเทคนิคการเผาผนึกที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตเซรามิก Si₃N₄ ที่มีการนำความร้อนสูง

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงsแผ่นไอลิคอนไนไตรด์sสำหรับกระบวนการออกซิเดชั่นด้วยความร้อน หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com