សមាសធាតុពេជ្រ/ទង់ដែង – រឿងធំបន្ទាប់!

ចាប់តាំងពីទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 មក ដង់ស៊ីតេនៃការធ្វើសមាហរណកម្មនៃសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិចបានកើនឡើងក្នុងអត្រាប្រចាំឆ្នាំ 1.5 ដង ឬលឿនជាងនេះ។ ការធ្វើសមាហរណកម្មកាន់តែខ្ពស់នាំឱ្យមានដង់ស៊ីតេចរន្តកាន់តែខ្ពស់ និងការបង្កើតកំដៅកំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ។ប្រសិនបើមិនត្រូវបានរលាយបាត់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពទេ កំដៅនេះអាចបណ្តាលឱ្យមានការបរាជ័យខាងកម្ដៅ និងកាត់បន្ថយអាយុកាលរបស់គ្រឿងបន្លាស់អេឡិចត្រូនិច។

ដើម្បីបំពេញតម្រូវការគ្រប់គ្រងកម្ដៅដែលកំពុងកើនឡើង សម្ភារៈវេចខ្ចប់អេឡិចត្រូនិកទំនើបៗ ដែលមានចរន្តកម្ដៅខ្ពស់ កំពុងត្រូវបានស្រាវជ្រាវ និងធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងទូលំទូលាយ។

សម្ភារៈផ្សំពេជ្រ/ទង់ដែង

០១ ពេជ្រ និង ទង់ដែង

សម្ភារៈវេចខ្ចប់បែបប្រពៃណីរួមមាន សេរ៉ាមិច ផ្លាស្ទិច លោហធាតុ និងយ៉ាន់ស្ព័ររបស់វា។ សេរ៉ាមិចដូចជា BeO និង AlN បង្ហាញពី CTEs ដែលត្រូវគ្នានឹងស៊ីមីកុងដុកទ័រ ស្ថេរភាពគីមីល្អ និងចរន្តកំដៅមធ្យម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដំណើរការស្មុគស្មាញរបស់វា តម្លៃខ្ពស់ (ជាពិសេស BeO ដែលមានជាតិពុល) និងភាពផុយស្រួយកំណត់ការអនុវត្ត។ ការវេចខ្ចប់ប្លាស្ទិកផ្តល់នូវតម្លៃទាប ទម្ងន់ស្រាល និងអ៊ីសូឡង់ ប៉ុន្តែទទួលរងពីចរន្តកំដៅមិនល្អ និងអស្ថិរភាពសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ លោហធាតុសុទ្ធ (Cu, Ag, Al) មានចរន្តកំដៅខ្ពស់ ប៉ុន្តែ CTE លើស ខណៈពេលដែលយ៉ាន់ស្ព័រ (Cu-W, Cu-Mo) ធ្វើឱ្យខូចដល់ដំណើរការកម្ដៅ។ ដូច្នេះ សម្ភារៈវេចខ្ចប់ថ្មីដែលមានតុល្យភាពចរន្តកំដៅខ្ពស់ និង CTE ល្អបំផុតគឺត្រូវការជាបន្ទាន់។

ពេជ្រដែលជាវត្ថុធាតុដើមធម្មជាតិដ៏រឹងបំផុតដែលគេស្គាល់ (Mohs 10) ក៏មានលក្ខណៈពិសេសផងដែរចរន្តកំដៅ (200–2200 W/(m·K)).

ម្សៅពេជ្រខ្នាតតូច

ទង់ដែង, ជាមួយ ចរន្តកំដៅ/អគ្គិសនីខ្ពស់ (401 W/(m·K))ភាពបត់បែន និងប្រសិទ្ធភាពចំណាយ ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុង ICs។

ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃលក្ខណៈសម្បត្តិទាំងនេះ,ពេជ្រ/ទង់ដែង (Dia/Cu) សមាសធាតុ— ដោយមាន Cu ជាម៉ាទ្រីស និងពេជ្រជាកម្លាំងពង្រឹង — កំពុងលេចចេញជាសម្ភារៈគ្រប់គ្រងកម្ដៅជំនាន់ក្រោយ។

០២ វិធីសាស្រ្តផលិតសំខាន់ៗ

វិធីសាស្ត្រទូទៅសម្រាប់រៀបចំពេជ្រ/ទង់ដែងរួមមាន៖ លោហធាតុម្សៅ វិធីសាស្ត្រសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងសម្ពាធខ្ពស់ វិធីសាស្ត្រជ្រមុជរលាយ វិធីសាស្ត្រស៊ីនធើរប្លាស្មាបញ្ចេញ វិធីសាស្ត្របាញ់ត្រជាក់។ល។

ការប្រៀបធៀបវិធីសាស្រ្តរៀបចំ ដំណើរការ និងលក្ខណៈសម្បត្តិផ្សេងៗគ្នានៃសមាសធាតុពេជ្រ/ទង់ដែងទំហំភាគល្អិតតែមួយ

បច្ចេកទេសផ្សំ Dia/Cu ទូទៅរួមមាន:

(1)លោហធាតុម្សៅ
ម្សៅពេជ្រ/Cu ចម្រុះត្រូវបានបង្រួម និងស៊ីម៉ង់ត៍។ ខណៈពេលដែលមានប្រសិទ្ធភាពចំណាយ និងសាមញ្ញ វិធីសាស្ត្រនេះផ្តល់នូវដង់ស៊ីតេមានកំណត់ មីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធមិនស្មើគ្នា និងវិមាត្រគំរូមានកំណត់។

Sអង្គភាពអន្តរកម្ម

(1)សម្ពាធខ្ពស់ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (HPHT)
ដោយប្រើប្រាស់ម៉ាស៊ីនចុចច្រើនជ្រុង សារធាតុ Cu រលាយជ្រាបចូលទៅក្នុងបន្ទះពេជ្រក្រោមលក្ខខណ្ឌធ្ងន់ធ្ងរ ដែលបង្កើតបានជាសមាសធាតុក្រាស់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ HPHT តម្រូវឱ្យមានផ្សិតថ្លៃៗ ហើយមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំនោះទេ។

Cសារព័ត៌មានយូប៊ីក

(1)ការជ្រៀតចូលរលាយ
សារធាតុ Cu រលាយជ្រាបចូលទៅក្នុង​បំណែក​ពេជ្រ​ដែល​ផលិត​រួច​តាមរយៈ​ការជ្រៀតចូល​ដោយ​ជំនួយ​ពី​សម្ពាធ ឬ​ការជ្រៀតចូល​ដោយ​សរសៃឈាម​តូចៗ។ សមាសធាតុ​លទ្ធផល​សម្រេចបាន​នូវ​ចរន្ត​កម្ដៅ >446 W/(m·K)។

(២)ការដុតប្លាស្មាដោយផ្កាភ្លើង (SPS)
ចរន្តជីពចរ​ធ្វើ​ឲ្យ​ម្សៅ​ចម្រុះ​រលាយ​យ៉ាង​លឿន​ក្រោម​សម្ពាធ។ ទោះបីជា​មាន​ប្រសិទ្ធភាព​ក៏ដោយ ប្រសិទ្ធភាព SPS ធ្លាក់ចុះ​នៅ​ប្រភាគ​ពេជ្រ >65 vol%។

ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃប្រព័ន្ធស៊ីនធឺរប្លាស្មាបញ្ចេញ

(5) ការបាញ់ថ្នាំត្រជាក់
ម្សៅត្រូវបានបង្កើនល្បឿន និងដាក់លើស្រទាប់ខាងក្រោម។ វិធីសាស្ត្រដែលទើបនឹងកើតនេះប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមក្នុងការគ្រប់គ្រងផ្ទៃ និងការផ្ទៀងផ្ទាត់ដំណើរការកម្ដៅ។

០៣ ការកែប្រែចំណុចប្រទាក់

សម្រាប់ការរៀបចំសម្ភារៈសមាសធាតុ ការសើមទៅវិញទៅមករវាងសមាសធាតុគឺជាតម្រូវការជាមុនចាំបាច់សម្រាប់ដំណើរការសមាសធាតុ និងជាកត្តាសំខាន់មួយដែលប៉ះពាល់ដល់រចនាសម្ព័ន្ធចំណុចប្រទាក់ និងស្ថានភាពភ្ជាប់ចំណុចប្រទាក់។ ស្ថានភាពមិនសើមនៅចំណុចប្រទាក់រវាងពេជ្រ និង Cu នាំឱ្យមានភាពធន់នឹងកម្ដៅចំណុចប្រទាក់ខ្ពស់ខ្លាំង។ ដូច្នេះ វាមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ក្នុងការធ្វើការស្រាវជ្រាវកែប្រែលើចំណុចប្រទាក់រវាងទាំងពីរតាមរយៈមធ្យោបាយបច្ចេកទេសផ្សេងៗ។ បច្ចុប្បន្ននេះ មានវិធីសាស្រ្តពីរយ៉ាងដើម្បីកែលម្អបញ្ហាចំណុចប្រទាក់រវាងពេជ្រ និងម៉ាទ្រីស Cu៖ (1) ការព្យាបាលកែប្រែផ្ទៃនៃពេជ្រ; (2) ការព្យាបាលយ៉ាន់ស្ព័រនៃម៉ាទ្រីសទង់ដែង។

ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍កែប្រែ៖ (ក) ការដាក់បន្ទះដោយផ្ទាល់លើផ្ទៃពេជ្រ; (ខ) ការធ្វើលោហធាតុម៉ាទ្រីស

(1) ការកែប្រែផ្ទៃពេជ្រ

ការដាក់ស្រទាប់ធាតុសកម្មដូចជា Mo, Ti, W និង Cr លើស្រទាប់ផ្ទៃនៃដំណាក់កាលពង្រឹងអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈអន្តរមុខរបស់ពេជ្រ ដោយហេតុនេះបង្កើនចរន្តកំដៅរបស់វា។ ការធ្វើស៊ីនធើរអាចអនុញ្ញាតឱ្យធាតុខាងលើមានប្រតិកម្មជាមួយកាបូននៅលើផ្ទៃម្សៅពេជ្រ ដើម្បីបង្កើតជាស្រទាប់អន្តរកាលកាប៊ីត។ នេះធ្វើឱ្យស្ថានភាពសើមរវាងពេជ្រ និងមូលដ្ឋានដែកប្រសើរឡើង ហើយថ្នាំកូតអាចការពាររចនាសម្ព័ន្ធរបស់ពេជ្រពីការផ្លាស់ប្តូរនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។

(2) ការធ្វើលោហធាតុនៃម៉ាទ្រីសទង់ដែង

មុនពេលដំណើរការសមាសធាតុនៃវត្ថុធាតុដើម ការព្យាបាលមុនលាយលោហៈត្រូវបានអនុវត្តលើទង់ដែងលោហធាតុ ដែលអាចផលិតវត្ថុធាតុដើមសមាសធាតុដែលមានចរន្តកំដៅខ្ពស់ជាទូទៅ។ ការដាក់សារធាតុសកម្មក្នុងម៉ាទ្រីសទង់ដែងមិនត្រឹមតែអាចកាត់បន្ថយមុំសើមរវាងពេជ្រ និងទង់ដែងបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងបង្កើតស្រទាប់កាប៊ីតដែលរឹងរលាយក្នុងម៉ាទ្រីសទង់ដែងនៅចំណុចប្រសព្វពេជ្រ/Cu បន្ទាប់ពីប្រតិកម្ម។ តាមរបៀបនេះ ចន្លោះប្រហោងភាគច្រើនដែលមាននៅចំណុចប្រសព្វសម្ភារៈត្រូវបានកែប្រែ និងបំពេញ ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចរន្តកំដៅ។

០៤ សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

សម្ភារៈវេចខ្ចប់ធម្មតាខ្វះការគ្រប់គ្រងកំដៅពីបន្ទះឈីបទំនើប។ សមាសធាតុ Dia/Cu ដែលមាន CTE ដែលអាចលៃតម្រូវបាន និងចរន្តកំដៅខ្ពស់បំផុត តំណាងឱ្យដំណោះស្រាយបំប្លែងសម្រាប់អេឡិចត្រូនិចជំនាន់ក្រោយ។

ក្នុងនាមជាសហគ្រាសបច្ចេកវិទ្យាខ្ពស់មួយដែលធ្វើសមាហរណកម្មឧស្សាហកម្ម និងពាណិជ្ជកម្ម XKH ផ្តោតលើការស្រាវជ្រាវ ការអភិវឌ្ឍ និងការផលិតសមាសធាតុពេជ្រ/ទង់ដែង និងសមាសធាតុម៉ាទ្រីសលោហៈដែលមានដំណើរការខ្ពស់ដូចជា SiC/Al និង Gr/Cu ដោយផ្តល់នូវដំណោះស្រាយគ្រប់គ្រងកម្ដៅប្រកបដោយភាពច្នៃប្រឌិតជាមួយនឹងចរន្តកម្ដៅលើសពី 900W/(m·K) សម្រាប់វិស័យវេចខ្ចប់អេឡិចត្រូនិក ម៉ូឌុលថាមពល និងអវកាស។

XKH'សម្ភារៈសមាសធាតុឡាមីណេតស្រោបដោយទង់ដែងពេជ្រ៖