Kaj je silicijev nitrid

Silicijev nitrid (Si3N4)je ključni material pri razvoju napredne visokotemperaturne strukturne keramike. Znan po svojih izjemnih lastnostih, kot so odpornost na visoke temperature, odpornost proti obrabi, nizka gostota, visoka trdnost in trdota, si je prislužil sloves "vsestranskega prvaka v svetu materialov". Zaradi teh edinstvenih lastnosti je keramika iz silicijevega nitrida postala nepogrešljiva na številnih najsodobnejših področjih, vključno s strojništvom, vesoljstvom, nacionalno obrambo, polprevodniško tehnologijo in celo biomedicinskimi aplikacijami.

Silicijev nitridje anorganska, nekovinska spojina, sestavljena iz tetraedrskih enot Si-N, za katere je značilna močna kovalentna vez med atomi. Visoka trdnost vezi med atomi silicija in dušika zagotavlja Si3N4 izjemne mehanske lastnosti, vključno z vrhunsko trdoto in odlično odpornostjo proti obrabi. Njegova keramika izkazuje močno odpornost na upogibanje in stiskanje, zaradi česar je zelo vzdržljiv v zahtevnih okoljih. Vendar pa enaka močna kovalentna vez, ki daje silicijevemu nitridu moč, povzroči tudi omejeno plastično deformacijo, kar pomeni, da ima kristalna struktura zelo malo drsnih sistemov. To daje silicijevemu nitridu krhkost, zaradi česar je pod obremenitvijo bolj nagnjen k zlomu.

Ena izmed ključnih prednostisilicijev nitridje njegova močna kemična stabilnost, ki izhaja iz prostorske mrežne strukture, ki jo tvorijo tetraedrske enote silicijevega nitrida. Zaradi tega je zelo odporen na večino anorganskih kislin in baz, razen na fluorovodikovo kislino, ki lahko razjeda material. Ta kemična robustnost prispeva k njegovi zanesljivosti v težkih kemičnih okoljih, kar dodatno razširja njegove potencialne uporabe v kritičnih industrijah.

Kristalne strukture silicijevega nitrida

Silicijev nitridobstaja v treh različnih kristalnih strukturah: α-fazi, β-fazi in γ-fazi. Med temi sta fazi α in β najpogosteje opazovani in uporabljeni obliki Si3N4, ki obe pripadata heksagonalnemu kristalnemu sistemu. Stabilna mrežna struktura teh faz je odgovorna za odlične mehanske in toplotne lastnosti, zaradi katerih je keramika iz silicijevega nitrida idealna za različne aplikacije.

β-faza (β-Si3N4) je še posebej pomembna v inženirskih aplikacijah zaradi svoje odlične zmogljivosti pri visokih temperaturah in kemične odpornosti. Je najpogosteje uporabljena kristalna oblika v panogah, kot so vesoljska industrija, obramba in strojništvo. Na primer, β-Si3N4 se uporablja pri izdelavi visoko zmogljivih keramičnih delov motorjev, rotorjev in statorjev za plinske turbine ter mehanskih tesnilnih obročev, kjer so njegove samomazalne lastnosti in visoka vzdržljivost v ekstremnih pogojih zelo cenjene.

Nasprotno pa je γ-faza (γ-Si3N4) veliko manj pogosta oblika silicijevega nitrida, ki jo je mogoče sintetizirati samo v pogojih visoke temperature in visokega tlaka. Posledično so se raziskave struktur silicijevega nitrida osredotočile predvsem na fazi α in β.

Visoka toplotna prevodnostKeramične podlage iz silicijevega nitrida

Ker se elektronska industrija še naprej razvija v smeri večje sistemizacije, inteligence in integracije, se zahteve po polprevodniških napravah hitro povečujejo. Z naraščajočo vhodno močjo elektronskih čipov in gostejših vezij postane toplota, ki nastaja med delovanjem, velik izziv. Učinkovito odvajanje toplote je postalo ključni dejavnik pri izboljšanju splošne zmogljivosti in učinkovitosti polprevodniških naprav, in tu ima silicijev nitrid ključno vlogo.

Zaradi visoke teoretične toplotne prevodnosti silicijevega nitrida v kombinaciji z odlično električno izolacijo in odpornostjo proti oksidaciji je idealen material za podlage za elektronsko embalažo visoke moči. Poleg tega se njegov koeficient toplotnega raztezanja zelo ujema s koeficientom materialov, uporabljenih v polprevodniških čipih, kar zagotavlja strukturno celovitost in zmanjšuje toplotno obremenitev med delovanjem. Te lastnosti omogočajo proizvodnjo visoko zmogljivih substratov za odvajanje toplote v aplikacijah, kot so visokohitrostna vezja, IGBT (bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati), LG (svetlobni vodniki) in CPV (koncentrirana fotovoltaika) sistemi.

Sposobnost silicijevega nitrida, da učinkovito odvaja toploto, hkrati pa ohranja električno izolacijo in mehansko stabilnost, je bistvena za naprave, ki delujejo z velikimi količinami energije. Njegova odlična zmogljivost na teh področjih ne zagotavlja samo zanesljivega delovanja močnostnih polprevodnikov, temveč tudi prispeva k miniaturizaciji in učinkovitosti sodobnih elektronskih sistemov.

Zaključek

Če povzamemo, silicijev nitrid zaradi svoje edinstvene kombinacije trdnosti, toplotne odpornosti, kemične stabilnosti in toplotne prevodnosti postane nepogrešljiv material v različnih visoko zmogljivih aplikacijah. Od njegove uporabe v vesolju in obrambi za proizvodnjo vzdržljivih, visokotemperaturnih komponent do njegove vloge pri reševanju izzivov odvajanja toplote v visokozmogljivih polprevodniških napravah je silicijev nitrid še naprej pomemben akter pri napredku sodobnih tehnologij. Ker raziskave še naprej raziskujejo njegove lastnosti in potencial, je silicijev nitrid pripravljen, da ostane prvak v svetu naprednih materialov.

Semicorex ponuja visoko kakovostSiN substrat. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com