Kauri za silicon nitridi (Si₃N₄), kama kauri za muundo wa hali ya juu, zina sifa bora kama vile ukinzani wa halijoto ya juu, nguvu ya juu, uimara wa juu, ugumu wa juu, ukinzani wa kutambaa, ukinzani wa oksidi, na ukinzani wa uvaaji. Zaidi ya hayo, hutoa upinzani mzuri wa mshtuko wa mafuta, sifa za dielectric, conductivity ya juu ya mafuta, na utendaji bora wa upitishaji wa wimbi la umeme wa mzunguko wa juu. Sifa hizi bora za kina zinazifanya zitumike sana katika vijenzi changamano vya miundo, haswa katika anga na nyanja zingine za hali ya juu.
Hata hivyo, Si₃N₄, ikiwa ni kiwanja chenye vifungo dhabiti vya ushirikiano, ina muundo dhabiti ambao hufanya uwekaji msongamano wa juu kuwa mgumu kupitia usambaaji wa hali dhabiti pekee. Ili kukuza uimbaji, vifaa vya kuchezea, kama vile oksidi za chuma (MgO, CaO, Al₂O₃) na oksidi adimu za ardhi (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), huongezwa ili kuwezesha msongamano kupitia utaratibu wa uwekaji wa awamu ya kioevu.
Hivi sasa, teknolojia ya kimataifa ya vifaa vya semiconductor inasonga mbele kuelekea viwango vya juu vya voltage, mikondo mikubwa, na msongamano mkubwa wa nishati. Utafiti wa mbinu za kutengeneza kauri za Si₃N₄ ni mkubwa. Makala haya yanatanguliza michakato ya uimbaji ambayo inaboresha kwa ufanisi wiani na sifa za kina za kiufundi za kauri za nitridi za silicon.
Mbinu za Kawaida za Uchimbaji kwa Keramik za Si₃N₄
Ulinganisho wa Utendaji wa Si₃N₄ Keramik Imetayarishwa na Mbinu Tofauti za Kuchora.
1. Reactive Sintering (RS):Uimbaji tendaji ulikuwa njia ya kwanza iliyotumiwa kuandaa viwandani kauri za Si₃N₄. Ni rahisi, ya gharama nafuu, na yenye uwezo wa kutengeneza maumbo changamano. Hata hivyo, ina mzunguko mrefu wa uzalishaji, ambao haufai kwa uzalishaji wa kiwango cha viwanda.
2. Pressureless Sintering (PLS):Huu ndio mchakato wa msingi zaidi na rahisi wa sintering. Hata hivyo, inahitaji malighafi ya Si₃N₄ ya ubora wa juu na mara nyingi husababisha kauri zenye msongamano mdogo, kusinyaa kwa kiasi kikubwa, na tabia ya kupasuka au kuharibika.
3. Sintering ya Moto-Press (HP):Utumiaji wa shinikizo la kimitambo uniaxial huongeza nguvu ya kusukuma maji, na kuruhusu kauri mnene kuzalishwa kwa halijoto ya 100-200°C chini kuliko zile zinazotumika katika kupenyeza bila shinikizo. Njia hii kwa kawaida hutumiwa kutengeneza kauri rahisi kiasi zenye umbo la kuzuia lakini ni vigumu kukidhi mahitaji ya unene na umbo la nyenzo za substrate.
4. Spark Plasma Sintering (SPS):SPS ina sifa ya kuchemka kwa kasi, uboreshaji wa nafaka, na kupunguza joto la sintering. Hata hivyo, SPS inahitaji uwekezaji mkubwa katika vifaa, na utayarishaji wa kauri za upitishaji joto wa juu wa Si₃N₄ kupitia SPS bado uko katika hatua ya majaribio na bado haujaendelezwa kiviwanda.
5. Utoaji wa Shinikizo la Gesi (GPS):Kwa kutumia shinikizo la gesi, njia hii inazuia mtengano wa kauri na kupoteza uzito kwa joto la juu. Ni rahisi zaidi kuzalisha keramik ya juu-wiani na kuwezesha uzalishaji wa kundi. Hata hivyo, mchakato wa kuvuta gesi-shinikizo la hatua moja hujitahidi kuzalisha vipengele vya kimuundo na rangi na muundo wa ndani na nje. Kutumia hatua mbili au hatua nyingi mchakato wa sintering unaweza kwa kiasi kikubwa kupunguza maudhui ya oksijeni intergranular, kuboresha conductivity ya mafuta, na kuboresha sifa kwa ujumla.
Hata hivyo, halijoto ya juu ya sintering ya hatua mbili ya kupenyeza kwa shinikizo la gesi imesababisha utafiti wa awali kuzingatia hasa kuandaa substrates za kauri za Si₃N₄ zenye upitishaji wa juu wa mafuta na nguvu ya kuinama ya chumba-joto. Utafiti kuhusu kauri za Si₃N₄ zilizo na sifa za kina za kiufundi na sifa za kiufundi za halijoto ya juu ni mdogo.
Mbinu ya Uingizaji wa Msongo wa Gesi wa Hatua Mbili kwa Si₃N₄
Yang Zhou na wafanyakazi wenzake kutoka Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Chongqing walitumia mfumo wa usaidizi wa sintering wa 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ kuandaa kauri za Si₃N₄ kwa kutumia michakato ya hatua moja na mbili ya shinikizo la gesi kwa 1800 ° C. Keramik za Si₃N₄ zinazozalishwa na mchakato wa uwekaji wa hatua mbili zilikuwa na msongamano wa juu na sifa za kina za kiufundi. Ifuatayo ni muhtasari wa athari za hatua moja na hatua mbili za michakato ya shinikizo la gesi kwenye muundo mdogo na sifa za kiufundi za vipengee vya kauri vya Si₃N₄.
Msongamano Mchakato wa msongamano wa Si₃N₄ kwa kawaida huhusisha hatua tatu, na mwingiliano kati ya hatua. Hatua ya kwanza, upangaji upya wa chembe, na hatua ya pili, kuyeyuka-mvua, ndizo hatua muhimu zaidi za msongamano. Muda wa kutosha wa majibu katika hatua hizi huboresha kwa kiasi kikubwa wiani wa sampuli. Wakati halijoto ya kabla ya kuzama kwa mchakato wa kuchemka kwa hatua mbili imewekwa hadi 1600°C, nafaka za β-Si₃N₄ huunda mfumo na kuunda vinyweleo vilivyofungwa. Baada ya kuchomwa kabla, inapokanzwa zaidi chini ya joto la juu na shinikizo la nitrojeni inakuza mtiririko wa awamu ya kioevu na kujaza, ambayo husaidia kuondoa pores zilizofungwa, kuboresha zaidi wiani wa keramik ya Si₃N₄. Kwa hiyo, sampuli zinazozalishwa na mchakato wa sintering wa hatua mbili zinaonyesha msongamano mkubwa na msongamano wa jamaa kuliko zile zinazozalishwa na sintering ya hatua moja.
Awamu na Muundo Midogo Wakati wa kuchemka kwa hatua moja, muda unaopatikana wa kupanga upya chembe na uenezaji wa mpaka wa nafaka ni mdogo. Katika mchakato wa kupiga hatua mbili, hatua ya kwanza inafanywa kwa joto la chini na shinikizo la chini la gesi, ambayo huongeza muda wa upangaji wa chembe na kusababisha nafaka kubwa. Kisha halijoto huongezeka hadi kiwango cha halijoto ya juu, ambapo nafaka huendelea kukua kupitia mchakato wa kukomaa kwa Ostwald, na kutoa kauri za Si₃N₄ zenye msongamano mkubwa.
Sifa za Mitambo Kupungua kwa awamu ya intergranular kwa joto la juu ni sababu ya msingi ya kupunguzwa kwa nguvu. Katika kupiga hatua moja, ukuaji usio wa kawaida wa nafaka huunda pores ndogo kati ya nafaka, ambayo huzuia uboreshaji mkubwa katika nguvu za juu za joto. Hata hivyo, katika hatua mbili za mchakato wa sintering, awamu ya kioo, kusambazwa kwa usawa katika mipaka ya nafaka, na nafaka za ukubwa sawa huongeza nguvu ya intergranular, na kusababisha nguvu ya juu ya joto la juu ya kupiga.
Kwa kumalizia, kushikilia kwa muda mrefu wakati wa uchezaji wa hatua moja kunaweza kupunguza ugumu wa ndani na kufikia rangi na muundo sawa wa ndani lakini kunaweza kusababisha ukuaji usio wa kawaida wa nafaka, ambao huharibu sifa fulani za mitambo. Kwa kutumia mchakato wa ucheshi wa hatua mbili—kwa kutumia uwekaji wa awali wa halijoto ya chini ili kupanua muda wa kupanga upya chembe na kushikilia halijoto ya juu ili kukuza ukuaji wa nafaka—kauri ya Si₃N₄ yenye msongamano wa 98.25%, muundo mdogo sawa, na sifa bora za kina za kiufundi inaweza kutayarishwa kwa mafanikio.
| Jina | Substrate | Muundo wa safu ya Epitaxial | Mchakato wa Epitaxial | Epitaxial kati |
| Silicon homoepitaxial | Si | Si | Awamu ya Mvuke Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| Silicon heteroepitaxial | Sapphire au spinel | Si | Awamu ya Mvuke Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | Awamu ya Mvuke Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) | Ga+Kama | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | Epitaxy Awamu ya Kioevu (LPE) Awamu ya Mvuke (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+AsH3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | Pengo | Pengo(GaP;N) | Epitaxy Awamu ya Kioevu (LPE) Epitaxy Awamu ya Kioevu (LPE) | Ga+GaP+H2+ (NH3) Ga+Gas+GaP+NH3 |
| Superlattice | GaAs | GaAlAs/GaAs (mzunguko) | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca,As,Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | InP | InP | Awamu ya Mvuke Epitaxy (VPE) Epitaxy Awamu ya Kioevu (LPE) | PCl3+Katika+H2 Katika+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | GaAs | Molecular Beam Epitaxy (MBE) MOGVD | Ga, Kama GaR₃+AsH₃+H₂ |
Muda wa kutuma: Dec-24-2024