សេរ៉ាមិច Silicon nitride (Si₃N₄) ជាសេរ៉ាមិចរចនាសម្ព័ន្ធកម្រិតខ្ពស់ មានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អឥតខ្ចោះដូចជា ធន់នឹងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ កម្លាំងខ្ពស់ ភាពរឹងខ្ពស់ ភាពរឹងខ្ពស់ ធន់នឹងការរអិល ធន់នឹងអុកស៊ីតកម្ម និងធន់នឹងការពាក់។ លើសពីនេះទៀត ពួកវាផ្តល់នូវភាពធន់ទ្រាំនឹងការឆក់កម្ដៅដ៏ល្អ លក្ខណៈសម្បត្តិ dielectric ចរន្តកំដៅខ្ពស់ និងដំណើរការបញ្ជូនរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់ដ៏ល្អ។ លក្ខណៈសម្បត្តិដ៏ទូលំទូលាយដ៏អស្ចារ្យទាំងនេះធ្វើឱ្យពួកវាត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងសមាសធាតុរចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ ជាពិសេសនៅក្នុងវិស័យអវកាស និងវិស័យបច្ចេកវិទ្យាខ្ពស់ផ្សេងទៀត។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ Si₃N₄ ជាសមាសធាតុដែលមានចំណង covalent ដ៏រឹងមាំ មានរចនាសម្ព័ន្ធស្ថេរភាពដែលធ្វើឱ្យការស៊ីរ៉ែនទៅជាដង់ស៊ីតេខ្ពស់ពិបាកតាមរយៈការសាយភាយរដ្ឋរឹងតែម្នាក់ឯង។ ដើម្បីលើកកម្ពស់ការដុត ជំនួយដុតដូចជាអុកស៊ីដលោហៈ (MgO, CaO, Al₂O₃) និងអុកស៊ីដផែនដីកម្រ (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂) ត្រូវបានបន្ថែមដើម្បីជួយសម្រួលដល់ការធ្វើឱ្យមានដង់ស៊ីតេអន្តរកម្មតាមរយៈយន្តការដំណាក់កាលរាវ។
បច្ចុប្បន្ននេះ បច្ចេកវិទ្យាឧបករណ៍ semiconductor សកលលោកកំពុងឈានទៅរកតង់ស្យុងខ្ពស់ ចរន្តធំ និងដង់ស៊ីតេថាមពលកាន់តែច្រើន។ ការស្រាវជ្រាវលើវិធីសាស្រ្តសម្រាប់ផលិតសេរ៉ាមិច Si₃N₄ គឺទូលំទូលាយ។ អត្ថបទនេះណែនាំដំណើរការ sintering ដែលមានប្រសិទ្ធភាពធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដង់ស៊ីតេ និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចដ៏ទូលំទូលាយនៃសេរ៉ាមិចស៊ីលីកុននីត្រាត។
វិធីសាស្រ្ត Sintering ទូទៅសម្រាប់ Si₃N₄ សេរ៉ាមិច
ការប្រៀបធៀបនៃការអនុវត្តសម្រាប់ Si₃N₄ សេរ៉ាមិចដែលរៀបចំដោយវិធីសាស្រ្ត sintering ផ្សេងគ្នា
1. Reactive Sintering (RS)៖ការ sintering ប្រតិកម្មគឺជាវិធីសាស្រ្តដំបូងដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីរៀបចំឧស្សាហកម្ម Si₃N₄ សេរ៉ាមិច។ វាមានលក្ខណៈសាមញ្ញ សន្សំសំចៃ និងមានសមត្ថភាពបង្កើតទម្រង់ស្មុគស្មាញ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វាមានវដ្តផលិតកម្មដ៏វែង ដែលមិនអំណោយផលដល់ផលិតកម្មខ្នាតឧស្សាហកម្ម។
2. Pressureless Sintering (PLS):នេះគឺជាដំណើរការ sintering មូលដ្ឋាននិងសាមញ្ញបំផុត។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ វាទាមទារវត្ថុធាតុដើមដែលមានគុណភាពខ្ពស់ Si₃N₄ ហើយជារឿយៗបណ្តាលឱ្យសេរ៉ាមិចដែលមានដង់ស៊ីតេទាប ការរួញតូច និងទំនោរក្នុងការប្រេះ ឬខូចទ្រង់ទ្រាយ។
3. Hot-Press Sintering (HP)៖ការអនុវត្តសម្ពាធមេកានិក uniaxial បង្កើនកម្លាំងជំរុញសម្រាប់ការ sintering ដែលអនុញ្ញាតឱ្យសេរ៉ាមិចក្រាស់ត្រូវបានផលិតនៅសីតុណ្ហភាព 100-200 ° C ទាបជាងការប្រើប្រាស់ក្នុងការ sintering គ្មានសម្ពាធ។ វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានប្រើជាធម្មតាសម្រាប់ការផលិតសេរ៉ាមិចដែលមានរាងជាប្លុកសាមញ្ញ ប៉ុន្តែពិបាកក្នុងការបំពេញតម្រូវការកម្រាស់ និងរូបរាងសម្រាប់សម្ភារៈស្រទាប់ខាងក្រោម។
4. Spark Plasma Sintering (SPS)៖SPS ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការដុតលឿន ការចម្រាញ់គ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងកាត់បន្ថយសីតុណ្ហភាពដុត។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ SPS ទាមទារការវិនិយោគយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងឧបករណ៍ ហើយការរៀបចំសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់តាមរយៈ SPS នៅតែស្ថិតក្នុងដំណាក់កាលពិសោធន៍ ហើយមិនទាន់ត្រូវបានកែច្នៃជាឧស្សាហកម្មនៅឡើយ។
5. ការដុតសម្ពាធឧស្ម័ន (GPS)៖ដោយប្រើសម្ពាធឧស្ម័ន វិធីសាស្ត្រនេះរារាំងការបំបែកសេរ៉ាមិច និងការសម្រកទម្ងន់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ វាកាន់តែងាយស្រួលក្នុងការផលិតសេរ៉ាមិចដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ និងអាចផលិតជាបាច់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដំណើរការ sintering សម្ពាធឧស្ម័នមួយជំហាន តស៊ូដើម្បីផលិតសមាសធាតុរចនាសម្ព័ន្ធជាមួយនឹងពណ៌ និងរចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុង និងខាងក្រៅឯកសណ្ឋាន។ ការប្រើប្រាស់ដំណើរការ sintering ពីរជំហាន ឬច្រើនជំហានអាចកាត់បន្ថយយ៉ាងសំខាន់នូវមាតិកាអុកស៊ីហ្សែន intergranular ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅ និងបង្កើនលក្ខណៈសម្បត្តិរួម។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សីតុណ្ហភាព sintering ខ្ពស់នៃការ sintering សម្ពាធឧស្ម័នពីរជំហាន បានដឹកនាំការស្រាវជ្រាវពីមុន ផ្តោតជាសំខាន់លើការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោមសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ជាមួយនឹងចរន្តកំដៅខ្ពស់ និងកម្លាំងពត់សីតុណ្ហភាពបន្ទប់។ ការស្រាវជ្រាវលើសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកដ៏ទូលំទូលាយ និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់មានកម្រិតតិចតួច។
វិធីសាស្ត្រ Sintering សម្ពាធឧស្ម័នពីរជំហានសម្រាប់ Si₃N₄
Yang Zhou និងសហការីមកពីសាកលវិទ្យាល័យ Chongqing University of Technology បានប្រើប្រព័ន្ធជំនួយ sintering នៃ 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ ដើម្បីរៀបចំសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដោយប្រើទាំងដំណើរការ sintering សម្ពាធឧស្ម័នមួយជំហាន និងពីរជំហាននៅ 1800°C ។ សេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដែលផលិតដោយដំណើរការ sintering ពីរជំហានមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ជាង និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចដ៏ទូលំទូលាយប្រសើរជាងមុន។ ខាងក្រោមនេះសង្ខេបពីផលប៉ះពាល់នៃដំណើរការ sintering សម្ពាធឧស្ម័នមួយជំហាន និងពីរជំហានលើរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូ និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចនៃសមាសធាតុសេរ៉ាមិច Si₃N₄។
ដង់ស៊ីតេ ដំណើរការដង់ស៊ីតេនៃ Si₃N₄ ជាធម្មតាមានបីដំណាក់កាល ដោយមានការត្រួតគ្នារវាងដំណាក់កាល។ ដំណាក់កាលទីមួយ ការរៀបចំឡើងវិញនូវភាគល្អិត និងដំណាក់កាលទីពីរ ការរំលាយ-ទឹកភ្លៀង គឺជាដំណាក់កាលដ៏សំខាន់បំផុតសម្រាប់ដង់ស៊ីតេ។ ពេលវេលាប្រតិកម្មគ្រប់គ្រាន់ក្នុងដំណាក់កាលទាំងនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដង់ស៊ីតេគំរូ។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពមុនការ sintering សម្រាប់ដំណើរការ sintering ពីរជំហានត្រូវបានកំណត់ទៅ 1600 ° C គ្រាប់ធញ្ញជាតិ β-Si₃N₄ បង្កើតជាក្របខ័ណ្ឌ និងបង្កើតរន្ធញើសបិទជិត។ បន្ទាប់ពីការដុតមុន ការឡើងកំដៅបន្ថែមទៀតក្រោមសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងសម្ពាធអាសូតជំរុញលំហូរ និងការបំពេញដំណាក់កាលរាវ ដែលជួយលុបបំបាត់រន្ធញើសដែលបិទជិត ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដង់ស៊ីតេនៃសេរ៉ាមិច Si₃N₄ បន្ថែមទៀត។ ដូច្នេះសំណាកដែលផលិតដោយដំណើរការ sintering ពីរជំហានបង្ហាញពីដង់ស៊ីតេខ្ពស់ជាង និងដង់ស៊ីតេដែលទាក់ទងជាងផលិតផលដែលផលិតដោយ sintering មួយជំហាន។
ដំណាក់កាល និងមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធ កំឡុងពេលដុតមួយជំហាន ពេលវេលាដែលមានសម្រាប់ការរៀបចំឡើងវិញនូវភាគល្អិត និងការសាយភាយព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិត្រូវបានកំណត់។ នៅក្នុងដំណើរការ sintering ពីរជំហាន ជំហានដំបូងត្រូវបានធ្វើឡើងនៅសីតុណ្ហភាពទាប និងសម្ពាធឧស្ម័នទាប ដែលពង្រីកពេលវេលានៃការរៀបចំឡើងវិញនៃភាគល្អិត និងជាលទ្ធផលនៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិធំជាង។ បន្ទាប់មកសីតុណ្ហភាពត្រូវបានកើនឡើងដល់ដំណាក់កាលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដែលគ្រាប់ធញ្ញជាតិបន្តលូតលាស់តាមរយៈដំណើរការទុំ Ostwald ដែលផ្តល់ទិន្នផលសេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដង់ស៊ីតេខ្ពស់។
លក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិច ការបន្ទន់នៃដំណាក់កាល intergranular នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់គឺជាហេតុផលចម្បងសម្រាប់ការថយចុះកម្លាំង។ នៅក្នុងការដុតមួយជំហាន ការលូតលាស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិមិនប្រក្រតីបង្កើតរន្ធញើសតូចៗរវាងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ដែលការពារការកែលម្អយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងកម្លាំងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយនៅក្នុងដំណើរការ sintering ពីរដំណាក់កាល ដំណាក់កាលកញ្ចក់ ចែកចាយស្មើៗគ្នានៅក្នុងព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ និងគ្រាប់ធញ្ញជាតិដែលមានទំហំស្មើភាពគ្នា បង្កើនកម្លាំង intergranular ដែលបណ្តាលឱ្យមានកម្លាំងពត់កោងនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។
សរុបសេចក្តី ការកាន់រយៈពេលយូរក្នុងអំឡុងការដុតមួយជំហានអាចកាត់បន្ថយភាពផុយស្រួយខាងក្នុងប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព និងទទួលបានពណ៌ និងរចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុងឯកសណ្ឋាន ប៉ុន្តែអាចនាំទៅរកការលូតលាស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិមិនប្រក្រតី ដែលបំផ្លាញលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចមួយចំនួន។ ដោយប្រើដំណើរការ sintering ពីរជំហាន - ដោយប្រើការដុតមុនសីតុណ្ហភាពទាប ដើម្បីពង្រីកពេលវេលារៀបចំឡើងវិញភាគល្អិត និងការរក្សាសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដើម្បីលើកកម្ពស់ការលូតលាស់គ្រាប់ធញ្ញជាតិឯកសណ្ឋាន - សេរ៉ាមិច Si₃N₄ ដែលមានដង់ស៊ីតេទាក់ទង 98.25% មីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធឯកសណ្ឋាន និងលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកដ៏ល្អឥតខ្ចោះ។ អាចត្រូវបានរៀបចំដោយជោគជ័យ។
| ឈ្មោះ | ស្រទាប់ខាងក្រោម | សមាសភាពនៃស្រទាប់ epitaxial | ដំណើរការ epitaxial | មធ្យម Epitaxial |
| ស៊ីលីកុន homoepitaxial | Si | Si | ដំណាក់កាលចំហាយទឹក Epitaxy (VPE) | SiCl4+H2 |
| ស៊ីលីកុន heteroepitaxial | ត្បូងកណ្តៀងឬ spinel | Si | ដំណាក់កាលចំហាយទឹក Epitaxy (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | ហ្គាស | ហ្គាស ហ្គាស | ដំណាក់កាលចំហាយទឹក Epitaxy (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| ហ្គាស | ហ្គាស ហ្គាស | ធ្នឹមម៉ូលេគុល Epitaxy (MBE) | ហ្គា+ជា | |
| GaA ជា heteroepitaxial | ហ្គាស ហ្គាស | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | ដំណាក់កាលរាវ Epitaxy (LPE) ដំណាក់កាលចំហាយ (VPE) | Ga+Al+CaAs+H2 ហ្គា + អាស3+PH3+CHl+H2 |
| GaP homoepitaxial | ហ្គាភី | GaP(GaP;N) | ដំណាក់កាលរាវ Epitaxy (LPE) ដំណាក់កាលរាវ Epitaxy (LPE) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| Superlattice | ហ្គាស | GaAlAs/GaAs (វដ្ត) | ធ្នឹមម៉ូលេគុល Epitaxy (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| InP homoepitaxial | អ៊ិនភី | អ៊ិនភី | ដំណាក់កាលចំហាយទឹក Epitaxy (VPE) ដំណាក់កាលរាវ Epitaxy (LPE) | PCl3+In+H2 ក្នុង+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs Epitaxy | Si | ហ្គាស | ធ្នឹមម៉ូលេគុល Epitaxy (MBE) MOGVD | ហ្គា GaR₃+AsH₃+H₂ |
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៤ ខែ ធ្នូ ឆ្នាំ ២០២៤