ডায়মন্ড/সিলিকন কার্বাইডঃ তাপীয় ব্যবস্থাপনার জন্য একটি উচ্চ-কার্যকারিতা অংশীদারিত্ব

ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে সংহত হওয়ার সাথে সাথে, অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলি হ্রাস পেতে থাকে যখন তাদের শক্তি ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। এটি তাপীয় পরিচালনার জন্য ক্রমবর্ধমান চ্যালেঞ্জ তৈরি করে।অত্যধিক তাপ জমে থাকা ডিভাইসের কর্মক্ষমতা হ্রাস করতে পারে, উপাদান অবক্ষয় ত্বরান্বিত, এবং, গুরুতর ক্ষেত্রে, বৈদ্যুতিক ব্যর্থতা অবদান।

ফলস্বরূপ, গবেষকরা উন্নত প্যাকেজিং এবং তাপীয় ব্যবস্থাপনার উপকরণগুলিতে মনোনিবেশ করছেন যাউচ্চ তাপ পরিবাহিতা, কম তাপ প্রসারণ, কম ঘনত্ব এবং চমৎকার যান্ত্রিক শক্তিগবেষণা করা উপাদানগুলির মধ্যে, হীরা এবং সিলিকন কার্বাইড (সিআইসি) বিশেষ মনোযোগ আকর্ষণ করেছে।

01ডায়মন্ড/সিলিকন কার্বাইডঃ দুটি উচ্চ-কার্যকারিতা উপকরণ একত্রিত

ডায়মন্ড ব্যাপকভাবে সর্বোচ্চ তাপ পরিবাহিতা সঙ্গে উপকরণ এক হিসাবে স্বীকৃত হয়, একই সময়ে তাপ প্রসারণের একটি কম সহগ, ব্যতিক্রমী কঠোরতা এবং শক্তি প্রস্তাব,এবং চমৎকার রাসায়নিক স্থিতিশীলতাএই বৈশিষ্ট্যগুলি অত্যাধুনিক তাপীয় ব্যবস্থাপনা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য হীরাকে অত্যন্ত আকর্ষণীয় করে তোলে।

সিলিকন কার্বাইড উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, কম তাপ প্রসারণ, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি এবং চমৎকার রাসায়নিক স্থায়িত্বের একটি সমন্বয় সরবরাহ করে।একটি SiC ম্যাট্রিক্সে একটি শক্তিশালীকরণ ফেজ হিসাবে হীরা অন্তর্ভুক্ত করে, ইঞ্জিনিয়াররা বিকাশ করতে পারেডায়মন্ড/সিলিকন কার্বাইড কম্পোজিটনিয়ন্ত্রণযোগ্য তাপীয় সম্প্রসারণ এবং অসামান্য তাপ-বিচ্যুতি কর্মক্ষমতা সঙ্গে।

ডায়মন্ড-বর্ধিত ধাতব ম্যাট্রিক্স কম্পোজিটগুলির তুলনায়, ডায়মন্ড / সিআইসি সিস্টেমগুলি উপাদান সামঞ্জস্যের দিক থেকে সুবিধা প্রদান করে।ডায়মন্ড এবং সিআইসি তুলনামূলকভাবে অনুরূপ কাঠামোগত এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্য ভাগ করে, যখন তাদের ইন্টারফেস হীরা এবং অনেক ধাতব ম্যাট্রিক্সের মধ্যে তুলনায় ভাল সামঞ্জস্য প্রদান করতে পারে।এই ডায়মন্ড / SiC সিস্টেম বিশেষত অ্যাপ্লিকেশন যেখানে উভয় তাপ কর্মক্ষমতা এবং মাত্রিক স্থিতিশীলতা গুরুত্বপূর্ণ জন্য আকর্ষণীয় করে তোলে.

02কিভাবে ডায়মন্ড/সিলিকন কার্বাইড কম্পোজিট তৈরি করা হয়?

ডায়মন্ড/সিআইসি কম্পোজিট তৈরিতে অন্যতম চ্যালেঞ্জ হ'ল ডায়মন্ডের তাপীয় স্থিতিশীলতা নিয়ন্ত্রণ করা।

অত্যধিক উচ্চ তাপমাত্রায়, হীরা গ্রাফাইটাইজেশনের মধ্য দিয়ে যেতে পারে এবং গ্রাফাইটে রূপান্তরিত হতে পারে।গ্রাফাইটের তাপ পরিবাহিতা এবং যান্ত্রিক শক্তি সাধারণত উল্লেখযোগ্যভাবে কমঅতএব, উত্পাদন প্রক্রিয়াটি অবশ্যই তাপমাত্রা, চাপ, প্রতিক্রিয়া সময় এবং উপাদান গঠনকে সাবধানে ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে।

যেহেতু সিআইসি ম্যাট্রিক্স কেবল একটি ঘন হীরা প্রিফর্মের মধ্যে প্রবেশ করতে পারে না, তাই সিআইসি সাধারণত সিলিকন এবং কার্বন জড়িত প্রতিক্রিয়াগুলির মাধ্যমে উত্পন্ন হয়। প্রয়োজনীয় উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলির উপর নির্ভর করে, জ্যামিতি,এবং উৎপাদন স্কেল, বিভিন্ন উত্পাদন প্রযুক্তি ব্যবহার করা যেতে পারে।

1. উচ্চ চাপ উচ্চ তাপমাত্রা সিন্টারিং

উচ্চ-চাপ উচ্চ-তাপমাত্রা (এইচপিএইচটি) প্রক্রিয়াকরণে হীরা গুঁড়াটি সিলিকন গুঁড়োর সাথে মিশ্রিত করা হয় এবং মিশ্রণটিকে উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপের শিকার করা হয়।সিলিকন কার্বাইড গঠনের জন্য কার্বনের সাথে বিক্রিয়া করে, একটি ঘন হীরা/সিআইসি কম্পোজিট তৈরি করে।

এইচপিএইচটি প্রক্রিয়াকরণের একটি প্রধান সুবিধা হ'ল উচ্চ-চাপের পরিবেশ অত্যধিক হীরা গ্রাফাইটাইজেশন দমন করতে সহায়তা করে। এটি হীরা কণার মধ্যে ফাঁকা স্থানগুলিও হ্রাস করতে পারে,যা কম্পোজিট তৈরি করতে সক্ষম করেউচ্চ আয়তন ও উচ্চ ঘনত্বের ডায়মন্ডের ভগ্নাংশ.

তবে, এইচপিএইচটি-র জন্য উচ্চ চাপ এবং তাপমাত্রা বজায় রাখতে সক্ষম বিশেষ সরঞ্জামের প্রয়োজন।যদিও অর্জনযোগ্য উপাদান জ্যামিতি সীমিত হতে পারে.

2. স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং

স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (এসপিএস) আরেকটি চাপ-সহায়িত ঘনকরণ কৌশল। এসপিএসের সময়, পাউডার কমপ্যাক্টের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক শক্তি দ্রুত নির্গত হয়,স্থানীয় গরম এবং প্লাজমা প্রভাব উত্পাদন.

প্রচলিত উচ্চ চাপ/উচ্চ তাপমাত্রা প্রক্রিয়াকরণের তুলনায়, এসপিএস একটিদ্রুত উত্তাপের হার এবং তুলনামূলকভাবে সংক্ষিপ্ত সিন্টারিং চক্রপ্রয়োজনীয় চাপটি কিছু HPHT প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত চাপের চেয়ে কম হতে পারে।

এই বৈশিষ্ট্যগুলি যখন প্রক্রিয়াজাতকরণের সময় এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ গুরুত্বপূর্ণ হয় তখন এসপিএসকে আকর্ষণীয় করে তোলে।

3গরম আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং

হট আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং (এইচআইপি) হীরা এবং সিলিকন ধারণকারী গুঁড়া একটি সিলযুক্ত পাত্রে রাখে এবং একই সাথে উপাদানটি গরম করার সময় একাধিক দিক থেকে অভিন্নভাবে চাপ প্রয়োগ করে।

এইচআইপি সাধারণত শত শত মেগাপাসকালের চাপে কাজ করে। কারণ চাপ আইসোট্রপিকভাবে প্রয়োগ করা হয়,এই কৌশলটি ভাল ঘনত্বের সাথে তুলনামূলকভাবে বড় বা জ্যামিতিকভাবে জটিল উপাদান তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে.

অসুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে তুলনামূলকভাবে জটিল প্রক্রিয়া, বিশেষায়িত সরঞ্জাম এবং তুলনামূলকভাবে কম উত্পাদন দক্ষতা।

4পলিমার অনুপ্রবেশ এবং পাইরোলাইসিস

পলিমার অনুপ্রবেশ এবং পাইরোলাইসিস (পিআইপি) সিআইসি ম্যাট্রিক্সের উত্স হিসাবে পলিকার্বোসিলান হিসাবে একটি সিলিকন কার্বাইডের অগ্রদূত ব্যবহার করে।

গরম করার সময়, পূর্বসূরী বিভাজিত হয় এবং সিলিকন কার্বাইডে রূপান্তরিত হয়। ফলস্বরূপ সিআইসি ফেজ ধীরে ধীরে সংযোগ করে এবং হীরা কণা ঘিরে।

পিআইপি বেশ কয়েকটি সুবিধা প্রদান করে, যার মধ্যে একটি অপেক্ষাকৃত কম প্রক্রিয়াজাতকরণ তাপমাত্রা এবং বড় বা জটিল আকৃতির উপাদান উত্পাদন করার ক্ষমতা রয়েছে।এটি চূড়ান্ত কম্পোজিটটিতে অবশিষ্ট মুক্ত সিলিকনের উপস্থিতিও হ্রাস করতে পারে.

যাইহোক, একটি একক চক্রের সময় অগ্রদূত রূপান্তর সাধারণত অসম্পূর্ণ। অতএব ঘনত্ব বৃদ্ধি এবং অবশিষ্ট porosity কমাতে একাধিক অনুপ্রবেশ এবং pyrolysis চক্র প্রয়োজন হতে পারে।

5. রাসায়নিক বাষ্প অনুপ্রবেশ

রাসায়নিক বাষ্প অনুপ্রবেশ (সিভিআই) একটি তুলনামূলকভাবে নরম প্রক্রিয়াজাতকরণ পদ্ধতি। সিলিকন কার্বাইড একটি গ্যাসযুক্ত পূর্বসূরীর উপর এবং হীরা কণার মধ্যে জমা হয়।

কারণ ডায়মন্ডের স্থিতিশীলতা বজায় রাখার জন্য অনুপ্রবেশ তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা যায়, সিভিআই গ্রাফাইটাইজেশনের ঝুঁকি কমাতে সাহায্য করতে পারে।তরল সিলিকন অনুপ্রবেশের পরিবর্তে সিআইসি ফেজটি বাষ্প-ফেজ জমাট বাঁধার মাধ্যমে প্রবর্তিত হয়, যা মুক্ত সিলিকনকে কমিয়ে আনতে বা বাদ দিতে পারে।

প্রধান সীমাবদ্ধতা হল যে সিভিআই সাধারণত কম ঘনত্ব এবং তুলনামূলকভাবে ধীর প্রক্রিয়াকরণ হার সহ কম্পোজিট উত্পাদন করে। অতএব এটি প্রায়শই পাতলা বা তুলনামূলকভাবে ছোট উপাদানগুলির জন্য বিবেচনা করা হয়।

6. প্রতিক্রিয়াশীল অনুপ্রবেশ

প্রতিক্রিয়াশীল অনুপ্রবেশ (আরআই), যা প্রাসঙ্গিক সিস্টেমে সিলিকন গলিত অনুপ্রবেশ নামেও পরিচিত, একটি ঘনকরণ প্রক্রিয়া যেখানে গলিত সিলিকন একটি প্রস্তুত পোরোস প্রিফর্মের মধ্যে প্রবেশ করে।

শক্তিশালীকরণ এবং ম্যাট্রিক্সের মধ্যে ভিজা বৈশিষ্ট্যগুলির উপর নির্ভর করে, চাপ-সহায়িত অনুপ্রবেশ বা চাপহীন অনুপ্রবেশ ব্যবহার করা যেতে পারে।

একটি সাধারণ প্রক্রিয়া হীরা কণাগুলিকে গ্রাফাইট গুঁড়ো এবং একটি রজন বাঁধক দিয়ে অভিন্নভাবে মিশ্রিত করে শুরু হয়। মিশ্রণটি তারপর ঠান্ডা চাপানো বা গরম চাপানো হয় একটি প্রিফর্ম হিসাবে।

গঠনের পরে, প্রিফর্মটি ডি-বন্ডিং এবং পাইরোলাইসিসের মধ্য দিয়ে যায়। বন্ডারটি কার্বনে রূপান্তরিত হয় যখন পরবর্তী অনুপ্রবেশের সুবিধার্থে প্রিফর্মের অভ্যন্তরীণ ছিদ্রতা সামঞ্জস্য করা হয়।

প্রিফর্মটি ভ্যাকুয়াম বা অলস বায়ুমণ্ডলে গরম করা হয় যাতে গলিত সিলিকন ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর মধ্যে প্রবেশ করতে পারে।তরল সিলিকন পাইরোলাইটিক কার্বন এবং গ্রাফাইটের সাথে সিলিকন কার্বাইড গঠনের প্রতিক্রিয়া করেএকবার কার্বন-সিলিকন বিক্রিয়া শেষ হলে, অবশিষ্ট ছিদ্রগুলি সিলিকন দ্বারা পূরণ করা হয়, যার ফলে একটি ঘন হীরা / সিআইসি কম্পোজিট হয়।

অন্যান্য উন্নত উত্পাদন কৌশলগুলির তুলনায়, প্রতিক্রিয়াশীল অনুপ্রবেশ একটি তুলনামূলকভাবে সহজ প্রক্রিয়া সরবরাহ করে এবং খুব জটিল বা ব্যয়বহুল সরঞ্জামের প্রয়োজন হয় না।আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা হল এর উপাদান উৎপাদনের ক্ষমতাতাদের চূড়ান্ত মাত্রা কাছাকাছি, পরবর্তী যন্ত্রপাতি প্রয়োজন পরিমাণ কমাতে।

03কেন অত্যাধুনিক তাপীয় ব্যবস্থাপনার জন্য হীরা/সিআইসি গুরুত্বপূর্ণ

ডায়মন্ড এবং সিলিকন কার্বাইডের সংমিশ্রণটি বেশ কয়েকটি বৈশিষ্ট্যকে একত্রিত করে যা আধুনিক ইলেকট্রনিক প্যাকেজিংয়ের জন্য অত্যন্ত পছন্দসইঃ দক্ষ তাপ স্থানান্তর, নিয়ন্ত্রিত তাপ সম্প্রসারণ,উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি, এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতা।

যেহেতু সেমিকন্ডাক্টর পাওয়ার ঘনত্ব ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে, হীরা / সিআইসি কম্পোজিটগুলির যেমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির সম্ভাবনা রয়েছেঃউন্নত ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং, উচ্চ-ক্ষমতা অর্ধপরিবাহী মডিউল, আরএফ ডিভাইস, লেজার সিস্টেম এবং অন্যান্য তাপ-সংবেদনশীল উপাদান.

একটি উপযুক্ত উত্পাদন পদ্ধতির নির্বাচন শেষ পর্যন্ত প্রয়োজনীয় তাপ পরিবাহিতা, হীরা সামগ্রী, ঘনত্ব, উপাদান জ্যামিতি, মাত্রিক নির্ভুলতা এবং উত্পাদন পরিমাণের উপর নির্ভর করে।