Warum gibt es in der Halbleiterindustrie eine steigende Nachfrage nach SiC-Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit?

Momentan,Siliziumkarbid (SiC)ist ein äußerst aktives Forschungsgebiet für wärmeleitende Keramikmaterialien im In- und Ausland. Mit einer theoretischen Wärmeleitfähigkeit, die für bestimmte Kristalltypen bis zu 270 W/mK erreichen kann,SiCgehört zu den Spitzenreitern bei nichtleitenden Materialien. Seine Anwendungen umfassen Substrate für Halbleiterbauelemente, Keramikmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Heizgeräte und Heizplatten in der Halbleiterverarbeitung, Kapselmaterialien für Kernbrennstoffe und luftdichte Dichtungen in Kompressorpumpen.

Wie istSiliziumkarbidIn der Halbleiterindustrie angewendet?

Schleifplatten und Vorrichtungen sind wesentliche Prozessausrüstung bei der Herstellung von Siliziumwafern in der Halbleiterindustrie. Wenn Schleifplatten aus Gusseisen oder Kohlenstoffstahl hergestellt sind, haben sie tendenziell eine kurze Lebensdauer und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Während der Bearbeitung von Siliziumwafern, insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsschleifen oder -polieren, erschweren der Verschleiß und die thermische Verformung dieser Schleifplatten die Aufrechterhaltung der Ebenheit und Parallelität der Siliziumwafer. Schleifplatten aus Siliziumkarbid-Keramik weisen jedoch eine hohe Härte und einen geringen Verschleiß auf, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Siliziumwafern sehr nahe kommt, was ein Schleifen und Polieren mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.

Darüber hinaus ist bei der Herstellung von Siliziumwafern eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung erforderlich, wobei häufig Siliziumkarbid-Vorrichtungen für den Transport eingesetzt werden. Diese Vorrichtungen sind hitze- und beschädigungsbeständig und können mit diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) beschichtet werden, um die Leistung zu verbessern, Waferschäden zu mildern und die Diffusion von Verunreinigungen zu verhindern. Darüber hinaus besitzen Siliziumkarbid-Einkristalle als Vertreter der Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke der dritten Generation Eigenschaften wie eine große Bandlücke (ungefähr dreimal so groß wie die von Silizium) und eine hohe Wärmeleitfähigkeit (ungefähr 3,3-mal so hoch wie die von Silizium oder zehnmal so hoch). von GaAs), eine hohe Elektronensättigungsgeschwindigkeit (etwa das 2,5-fache der von Silizium) und ein hohes elektrisches Durchbruchfeld (ungefähr das Zehnfache der von Silizium oder das Fünffache der von GaAs). Siliziumkarbid-Geräte kompensieren die Mängel traditioneller Halbleitermaterial-Geräte in praktischen Anwendungen und werden bei Leistungshalbleitern allmählich zum Mainstream.

Warum besteht die Nachfrage nach hoher Wärmeleitfähigkeit?SiC-KeramikAufschwung?

Mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt steigt die Nachfrage nachSiliziumkarbidkeramikin der Halbleiterindustrie nimmt rasant zu. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit ist ein entscheidender Indikator für ihre Anwendung in Komponenten von Halbleiterfertigungsanlagen, was die Forschung auf dem Gebiet der hohen Wärmeleitfähigkeit vorantreibtSiC-Keramikentscheidend. Die Reduzierung des Sauerstoffgehalts im Gitter, die Erhöhung der Dichte und die rationelle Steuerung der Verteilung der zweiten Phase im Gitter sind primäre Methoden zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit vonSiliziumkarbidkeramik.

Derzeit wird an hoher Wärmeleitfähigkeit geforschtSiC-Keramikin China ist begrenzt und bleibt deutlich hinter den globalen Standards zurück. Zukünftige Forschungsrichtungen umfassen:

Stärkung der Vorbereitungsprozessforschung vonSiC-KeramikPulver, da die Herstellung von hochreinem, sauerstoffarmem SiC-Pulver für die Erzielung einer hohen Wärmeleitfähigkeit von grundlegender Bedeutung istSiC-Keramik.

Verbesserung der Auswahl und theoretischen Erforschung von Sinterhilfsmitteln.

Die Entwicklung hochwertiger Sintergeräte ist entscheidend für die Erzielung einer hohen Wärmeleitfähigkeit, da die Regulierung des Sinterprozesses zur Erzielung einer angemessenen Mikrostruktur von entscheidender Bedeutung istSiC-Keramik.

Welche Maßnahmen können die Wärmeleitfähigkeit verbessern?SiC-Keramik?

Der Schlüssel zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit vonSiC-Keramikbesteht darin, die Streufrequenz der Phononen zu verringern und die mittlere freie Weglänge der Phononen zu erhöhen. Dies kann effektiv durch eine Reduzierung der Porosität und der Korngrenzendichte erreicht werdenSiC-Keramik, Verbesserung der Reinheit der SiC-Korngrenzen, Minimierung von Verunreinigungen oder Defekten im SiC-Gitter und Erhöhung der Wärmetransportträger in SiC. Derzeit sind die Optimierung der Art und des Gehalts an Sinterhilfsmitteln sowie die Hochtemperatur-Wärmebehandlung die wichtigsten Maßnahmen zur Verbesserung der WärmeleitfähigkeitSiC-Keramik.

Optimierung von Art und Inhalt von Sinterhilfsmitteln

Bei der Herstellung von Produkten mit hoher Wärmeleitfähigkeit werden häufig verschiedene Sinterhilfsmittel zugesetztSiC-Keramik. Art und Gehalt dieser Sinterhilfsmittel beeinflussen maßgeblich die Wärmeleitfähigkeit vonSiC-Keramik. Beispielsweise können sich Elemente wie Al oder O in den Sinterhilfsmitteln des Al2O3-Systems leicht im SiC-Gitter auflösen, wodurch Leerstellen und Defekte entstehen und so die Phononenstreufrequenz erhöht wird. Darüber hinaus kann es bei einem zu geringen Sinterhilfsmittelgehalt dazu kommen, dass sich das Material beim Sintern nicht verdichtet, wohingegen ein hoher Sinterhilfsmittelgehalt zu vermehrten Verunreinigungen und Defekten führen kann. Zu viele Sinterhilfsmittel in der flüssigen Phase können auch das SiC-Kornwachstum hemmen und die mittlere freie Weglänge der Phononen verringern. Daher wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit erreichtSiC-Keramik, ist es notwendig, den Gehalt an Sinterhilfsmitteln zu minimieren und gleichzeitig die Verdichtung sicherzustellen, und Sinterhilfsmittel auszuwählen, die im SiC-Gitter nicht leicht löslich sind.

Derzeit heißgepresstSiC-KeramikDie Verwendung von BeO als Sinterhilfsmittel weist die höchste Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur auf (270 W·m-1·K-1). Allerdings ist BeO hochgiftig und krebserregend, sodass es für den breiten Einsatz in Laboren oder der Industrie ungeeignet ist. Das Y2O3-Al2O3-System hat einen eutektischen Punkt bei 1760 °C und ist ein übliches Flüssigphasen-Sinterhilfsmittel fürSiC-Keramik, aber da sich Al3+ leicht im SiC-Gitter auflöst,SiC-Keramikmit diesem System als Sinterhilfsmittel weisen bei Raumtemperatur Wärmeleitfähigkeiten unter 200 W·m-1·K-1 auf.

Seltenerdelemente wie Y, Sm, Sc, Gd und La sind im SiC-Gitter nicht leicht löslich und weisen eine hohe Sauerstoffaffinität auf, wodurch der Sauerstoffgehalt im SiC-Gitter effektiv reduziert wird. Daher wird das Y2O3-RE2O3-System (RE=Sm, Sc, Gd, La) häufig als Sinterhilfsmittel zur Herstellung hoher Wärmeleitfähigkeit (>200 W·m-1·K-1) verwendet.SiC-Keramik. Beispielsweise ist im Y2O3-Sc2O3-System die ionische Abweichung zwischen Y3+ und Si4+ erheblich und verhindert die Bildung fester Lösungen. Die Löslichkeit von Sc in reinem SiC ist bei Temperaturen von 1800–2600 °C relativ gering, etwa (2–3)×10^17 Atome·cm^-3.

Die thermischen Eigenschaften von SiC-Keramik mit verschiedenen Sinterhilfsmitteln

Hochtemperatur-Wärmebehandlung

Hochtemperatur-Wärmebehandlung vonSiC-Keramikhilft, Gitterdefekte, Versetzungen und Eigenspannungen zu beseitigen, fördert die Umwandlung einiger amorpher Strukturen in kristalline Strukturen und reduziert die Phononenstreuung. Darüber hinaus fördert die Hochtemperatur-Wärmebehandlung effektiv das SiC-Kornwachstum und verbessert letztendlich die thermischen Eigenschaften des Materials. Beispielsweise ist nach einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung bei 1950 °C die Wärmeleitfähigkeit vonSiC-Keramikstieg von 83,03 mm2·s-1 auf 89,50 mm2·s-1 und die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur stieg von 180,94 W·m-1·K-1 auf 192,17 W·m-1·K-1. Durch eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung wird die Desoxidationsfähigkeit der Sinterhilfsmittel auf der SiC-Oberfläche und dem SiC-Gitter deutlich verbessert und die SiC-Kornverbindungen gestrafft. Folglich ist die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur vonSiC-Keramikwird nach einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung deutlich verbessert.**

Wir bei Semicorex sind spezialisiert aufSiC-Keramikund andere Keramikmaterialien, die in der Halbleiterherstellung verwendet werden. Wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen benötigen, zögern Sie bitte nicht, mit uns Kontakt aufzunehmen.

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