Что такое нитрид кремния

Нитрид кремния (Si3N4)является ключевым материалом в разработке современной высокотемпературной конструкционной керамики. Известный своими исключительными свойствами, такими как устойчивость к высоким температурам, износостойкость, низкая плотность, высокая прочность и твердость, он заслужил репутацию «универсального чемпиона мира по материалам». Эти уникальные характеристики сделали керамику из нитрида кремния незаменимой в ряде передовых областей, включая машиностроение, аэрокосмическую промышленность, национальную оборону, полупроводниковые технологии и даже биомедицинские применения.

Нитрид кремнияпредставляет собой неорганическое неметаллическое соединение, состоящее из тетраэдрических единиц Si-N, характеризующееся прочной ковалентной связью между атомами. Высокая прочность связи между атомами кремния и азота обеспечивает Si3N4 выдающиеся механические свойства, включая превосходную твердость и отличную износостойкость. Его керамика демонстрирует высокую устойчивость к изгибу и сжатию, что делает его очень прочным в сложных условиях. Однако та же самая прочная ковалентная связь, которая придает нитриду кремния прочность, также приводит к ограниченной пластической деформации, а это означает, что в кристаллической структуре очень мало систем скольжения. Это придает нитриду кремния хрупкость, что делает его более склонным к разрушению под напряжением.

Одно из ключевых преимуществнитрид кремнияЭто его высокая химическая стабильность, обусловленная пространственной сетчатой ​​структурой, образованной тетраэдрическими единицами нитрида кремния. Это делает его очень устойчивым к большинству неорганических кислот и оснований, за исключением плавиковой кислоты, которая может разъедать материал. Такая химическая устойчивость повышает его надежность в суровых химических средах, что еще больше расширяет его потенциальное применение в критически важных отраслях.

Кристаллические структуры нитрида кремния

Нитрид кремниясуществует в трех различных кристаллических структурах: α-фазе, β-фазе и γ-фазе. Среди них наиболее часто наблюдаемыми и используемыми формами Si3N4 являются α- и β-фазы, обе из которых принадлежат гексагональной кристаллической системе. Стабильная сетчатая структура этих фаз отвечает за превосходные механические и термические свойства, которые делают керамику из нитрида кремния идеальной для различных применений.

β-фаза (β-Si3N4) особенно важна в инженерных приложениях из-за ее превосходных характеристик при высоких температурах и химической стойкости. Это наиболее широко используемая кристаллическая форма в таких отраслях, как аэрокосмическая, оборонная и машиностроительная. Например, β-Si3N4 используется при производстве высокопроизводительных керамических деталей двигателей, роторов и статоров газовых турбин, торцовых уплотнительных колец, где высоко ценятся его самосмазывающиеся свойства и высокая долговечность в экстремальных условиях.

Напротив, γ-фаза (γ-Si3N4) представляет собой гораздо менее распространенную форму нитрида кремния, которую можно синтезировать только в условиях высокой температуры и высокого давления. В результате исследования структур нитрида кремния были сосредоточены в первую очередь на α- и β-фазах.

Высокая теплопроводностьКерамические подложки из нитрида кремния

Поскольку электронная промышленность продолжает развиваться в сторону большей систематизации, интеллекта и интеграции, требования к полупроводниковым устройствам быстро растут. С ростом входной мощности электронных чипов и более плотной компоновкой схем выделение тепла во время работы становится серьезной проблемой. Эффективное рассеивание тепла стало решающим фактором в повышении общей производительности и эффективности полупроводниковых устройств, и именно здесь нитрид кремния играет жизненно важную роль.

Высокая теоретическая теплопроводность нитрида кремния в сочетании с отличной электроизоляцией и устойчивостью к окислению делает его идеальным материалом для изготовления подложек для мощных электронных корпусов. Кроме того, его коэффициент теплового расширения близко соответствует коэффициенту теплового расширения материалов, используемых в полупроводниковых чипах, обеспечивая структурную целостность и минимизируя термическое напряжение во время эксплуатации. Эти свойства позволяют производить высокоэффективные подложки для рассеивания тепла в таких приложениях, как высокоскоростные схемы, IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), LG (световоды) и системы CPV (концентрированные фотоэлектрические системы).

Способность нитрида кремния эффективно рассеивать тепло, сохраняя при этом электрическую изоляцию и механическую стабильность, важна для устройств, работающих с большими объемами энергии. Его превосходные характеристики в этих областях не только обеспечивают надежную работу силовых полупроводников, но также способствуют миниатюризации и эффективности современных электронных систем.

Заключение

Таким образом, уникальное сочетание прочности, термостойкости, химической стабильности и теплопроводности нитрида кремния делает его незаменимым материалом в различных высокопроизводительных приложениях. Нитрид кремния продолжает оставаться жизненно важным игроком в развитии современных технологий, начиная с его использования в аэрокосмической и оборонной промышленности для производства долговечных, высокотемпературных компонентов и заканчивая ролью в решении проблем рассеивания тепла в мощных полупроводниковых устройствах. Поскольку исследования продолжают изучать его свойства и потенциал, нитрид кремния, скорее всего, останется лидером в мире передовых материалов.

Semicorex предлагает высококачественныеПодложка SiN. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com