Mae gan serameg silicon nitride (Si₃N₄), fel cerameg strwythurol uwch, briodweddau rhagorol megis ymwrthedd tymheredd uchel, cryfder uchel, caledwch uchel, caledwch uchel, ymwrthedd ymgripiad, ymwrthedd ocsideiddio, a gwrthsefyll traul. Yn ogystal, maent yn cynnig ymwrthedd sioc thermol da, priodweddau deuelectrig, dargludedd thermol uchel, a pherfformiad trawsyrru tonnau electromagnetig amledd uchel rhagorol. Mae'r eiddo cynhwysfawr rhagorol hyn yn eu gwneud yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn cydrannau strwythurol cymhleth, yn enwedig mewn meysydd awyrofod a meysydd uwch-dechnoleg eraill.
Fodd bynnag, mae gan Si₃N₄, sy'n gyfansawdd â bondiau cofalent cryf, strwythur sefydlog sy'n ei gwneud yn anodd sintro i ddwysedd uchel trwy drylediad cyflwr solet yn unig. Er mwyn hyrwyddo sintering, mae cymhorthion sintro, megis ocsidau metel (MgO, CaO, Al₂O₃) ac ocsidau daear prin (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), yn cael eu hychwanegu i hwyluso dwysedd trwy fecanwaith sintro cyfnod hylif.
Ar hyn o bryd, mae technoleg dyfeisiau lled-ddargludyddion byd-eang yn symud ymlaen tuag at folteddau uwch, cerrynt mwy, a dwysedd pŵer uwch. Mae ymchwil i ddulliau ar gyfer gwneud cerameg Si₃N₄ yn helaeth. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno prosesau sintering sy'n gwella dwysedd a phriodweddau mecanyddol cynhwysfawr cerameg nitrid silicon yn effeithiol.
Dulliau Sintro Cyffredin ar gyfer Serameg Si₃N₄
Cymharu Perfformiad ar gyfer Serameg Si₃N₄ Wedi'i Baratoi Trwy Ddulliau Sintro Gwahanol
1. Sintering Adweithiol (RS):Sintro adweithiol oedd y dull cyntaf a ddefnyddiwyd i baratoi serameg Si₃N₄ yn ddiwydiannol. Mae'n syml, yn gost-effeithiol, ac yn gallu ffurfio siapiau cymhleth. Fodd bynnag, mae ganddo gylch cynhyrchu hir, nad yw'n ffafriol i gynhyrchu ar raddfa ddiwydiannol.
2. Sintering Di-bwysedd (PLS):Dyma'r broses sintro fwyaf sylfaenol a syml. Fodd bynnag, mae angen deunyddiau crai Si₃N₄ o ansawdd uchel ac yn aml mae'n arwain at serameg â dwysedd is, crebachu sylweddol, a thueddiad i gracio neu ddadffurfio.
3. Sintering Poeth-Wasg (HP):Mae cymhwyso pwysedd mecanyddol unixial yn cynyddu'r grym gyrru ar gyfer sintro, gan ganiatáu i serameg trwchus gael ei gynhyrchu ar dymheredd 100-200 ° C yn is na'r rhai a ddefnyddir mewn sintro di-bwysedd. Defnyddir y dull hwn yn nodweddiadol ar gyfer gwneud cerameg siâp bloc cymharol syml ond mae'n anodd bodloni'r gofynion trwch a siâp ar gyfer deunyddiau swbstrad.
4. Sintering Plasma Spark (SPS):Nodweddir SPS gan sintering cyflym, mireinio grawn, a thymheredd sintro is. Fodd bynnag, mae SPS yn gofyn am fuddsoddiad sylweddol mewn offer, ac mae paratoi cerameg Si₃N₄ dargludedd thermol uchel trwy SPS yn dal i fod yn y cam arbrofol ac nid yw wedi'i ddiwydiannu eto.
5. Sintering Nwy-Pwysedd (GPS):Trwy gymhwyso pwysedd nwy, mae'r dull hwn yn atal dadelfennu ceramig a cholli pwysau ar dymheredd uchel. Mae'n haws cynhyrchu cerameg dwysedd uchel ac mae'n galluogi swp-gynhyrchu. Fodd bynnag, mae proses sintro pwysedd nwy un cam yn ei chael hi'n anodd cynhyrchu cydrannau strwythurol gyda lliw a strwythur mewnol ac allanol unffurf. Gall defnyddio proses sintering dau gam neu aml-gam leihau'r cynnwys ocsigen rhyng-gronynnol yn sylweddol, gwella dargludedd thermol, a gwella eiddo cyffredinol.
Fodd bynnag, mae tymheredd sintering uchel sintro pwysedd nwy dau gam wedi arwain ymchwil flaenorol i ganolbwyntio'n bennaf ar baratoi swbstradau ceramig Si₃N₄ gyda dargludedd thermol uchel a chryfder plygu tymheredd ystafell. Mae ymchwil ar serameg Si₃N₄ gyda phriodweddau mecanyddol cynhwysfawr ac eiddo mecanyddol tymheredd uchel yn gymharol gyfyngedig.
Dull Sintro Dau Gam Pwysedd Nwy ar gyfer Si₃N₄
Defnyddiodd Yang Zhou a chydweithwyr o Brifysgol Technoleg Chongqing system cymorth sintro o 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ i baratoi cerameg Si₃N₃ gan ddefnyddio prosesau sintro pwysedd nwy un cam a dau gam ar 1800 ° C. Roedd gan y serameg Si₃N₄ a gynhyrchwyd gan y broses sintro dau gam ddwysedd uwch a nodweddion mecanyddol cynhwysfawr gwell. Mae'r canlynol yn crynhoi effeithiau prosesau sintro pwysedd nwy un cam a dau gam ar ficrostrwythur a phriodweddau mecanyddol cydrannau cerameg Si₃N₄.
Dwysedd Mae proses ddwyseiddio Si₃N₄ fel arfer yn cynnwys tri cham, gyda gorgyffwrdd rhwng y camau. Y cam cyntaf, ad-drefnu gronynnau, a'r ail gam, diddymu-dyodiad, yw'r camau mwyaf hanfodol ar gyfer dwysáu. Mae amser ymateb digonol yn y camau hyn yn gwella dwysedd sampl yn sylweddol. Pan fydd y tymheredd cyn-sintering ar gyfer y broses sintro dau gam wedi'i osod i 1600 ° C, mae grawn β-Si₃N₄ yn ffurfio fframwaith ac yn creu mandyllau caeedig. Ar ôl cyn-sintering, mae gwresogi pellach o dan dymheredd uchel a phwysau nitrogen yn hyrwyddo llif a llenwi cyfnod hylif, sy'n helpu i ddileu mandyllau caeedig, gan wella dwysedd serameg Si₃N₄ ymhellach. Felly, mae'r samplau a gynhyrchir gan y broses sintering dau gam yn dangos dwysedd uwch a dwysedd cymharol na'r rhai a gynhyrchir gan sintering un cam.
Cyfnod a Microstrwythur Yn ystod sintro un cam, mae'r amser sydd ar gael ar gyfer ad-drefnu gronynnau a thryledu ffiniau grawn yn gyfyngedig. Yn y broses sintering dau gam, cynhelir y cam cyntaf ar dymheredd isel a phwysedd nwy isel, sy'n ymestyn yr amser aildrefnu gronynnau ac yn arwain at grawn mwy. Yna cynyddir y tymheredd i'r cam tymheredd uchel, lle mae'r grawn yn parhau i dyfu trwy'r broses aeddfedu Ostwald, gan gynhyrchu cerameg Si₃N₄ dwysedd uchel.
Priodweddau Mecanyddol Meddalu'r cyfnod rhynggroenynnog ar dymheredd uchel yw'r prif reswm dros lai o gryfder. Mewn sintering un cam, mae tyfiant grawn annormal yn creu mandyllau bach rhwng y grawn, sy'n atal gwelliant sylweddol mewn cryfder tymheredd uchel. Fodd bynnag, yn y broses sintering dau gam, mae'r cyfnod gwydr, wedi'i ddosbarthu'n unffurf yn y ffiniau grawn, ac mae'r grawn maint unffurf yn gwella'r cryfder rhyng-gronynnog, gan arwain at gryfder plygu tymheredd uchel uwch.
I gloi, gall daliad hir yn ystod sintro un cam leihau mandylledd mewnol yn effeithiol a chyflawni lliw a strwythur mewnol unffurf ond gall arwain at dwf grawn annormal, sy'n diraddio rhai eiddo mecanyddol. Trwy ddefnyddio proses sintro dau gam - defnyddio cyn-sintering tymheredd isel i ymestyn amser aildrefnu gronynnau a daliad tymheredd uchel i hyrwyddo twf grawn unffurf - cerameg Si₃N₄ gyda dwysedd cymharol o 98.25%, microstrwythur unffurf, a phriodweddau mecanyddol cynhwysfawr rhagorol gellir ei baratoi yn llwyddiannus.
| Enw | Swbstrad | Cyfansoddiad haen epitaxial | Proses epitaxial | Cyfrwng epitaxial |
| Silicon homoepitaxial | Si | Si | Epitacsi Cyfnod Anwedd (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silicon heteroepitaxial | Saffir neu asgwrn cefn | Si | Epitacsi Cyfnod Anwedd (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Epitacsi Cyfnod Anwedd (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Epitacsi Pelydr Moleciwlaidd (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitacsi Cyfnod Hylif (LPE) Cyfnod Anwedd (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| homoepitaxial GaP | GaP | GaP(GaP;N) | Epitacsi Cyfnod Hylif (LPE) Epitacsi Cyfnod Hylif (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (seic) | Epitacsi Pelydr Moleciwlaidd (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | MewnP | MewnP | Epitacsi Cyfnod Anwedd (VPE) Epitacsi Cyfnod Hylif (LPE) | PCl3+Yn+H2 Mewn+MewnAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Epitacsi Pelydr Moleciwlaidd (MBE) MOGVD | Ga, Fel GaR₃+AsH₃+H₂ |
Amser postio: Rhagfyr-24-2024