ما هو نيتريد السيليكون

نيتريد السيليكون (Si3N4)هي مادة أساسية في تطوير السيراميك الإنشائي المتقدم ذو درجة الحرارة العالية. تشتهر بخصائصها الاستثنائية مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، والكثافة المنخفضة، والقوة العالية، والصلابة، وقد اكتسبت سمعة باعتبارها "البطل متعدد الاستخدامات في عالم المواد". هذه الخصائص الفريدة جعلت سيراميك نيتريد السيليكون أمرًا لا غنى عنه في مجموعة من المجالات المتطورة، بما في ذلك الهندسة الميكانيكية، والفضاء، والدفاع الوطني، وتكنولوجيا أشباه الموصلات، وحتى التطبيقات الطبية الحيوية.

نيتريد السيليكونهو مركب غير عضوي وغير معدني يتكون من وحدات رباعي السطوح Si-N، ويتميز بوجود رابطة تساهمية قوية بين الذرات. قوة الترابط العالية بين ذرات السيليكون والنيتروجين توفر لـ Si3N4 خصائص ميكانيكية متميزة، بما في ذلك الصلابة الفائقة ومقاومة التآكل الممتازة. يُظهر السيراميك مقاومة قوية للانحناء والضغط، مما يجعله متينًا للغاية في البيئات الصعبة. ومع ذلك، فإن نفس الرابطة التساهمية القوية التي تضفي على نيتريد السيليكون قوتها تؤدي أيضًا إلى تشوه بلاستيكي محدود، مما يعني أن البنية البلورية تحتوي على عدد قليل جدًا من أنظمة الانزلاق. وهذا يعطي نيتريد السيليكون طبيعة هشة، مما يجعله أكثر عرضة للكسر تحت الضغط.

واحدة من المزايا الرئيسية لنيتريد السيليكونهو ثباته الكيميائي القوي، الناشئ عن بنية الشبكة المكانية التي تتكون من وحدات رباعية السطوح من نيتريد السيليكون. وهذا يجعلها شديدة المقاومة لمعظم الأحماض والقواعد غير العضوية، باستثناء حمض الهيدروفلوريك، الذي يمكن أن يؤدي إلى تآكل المادة. تضيف هذه القوة الكيميائية إلى موثوقيتها في البيئات الكيميائية القاسية، مما يزيد من توسيع تطبيقاتها المحتملة في الصناعات الحيوية.

الهياكل البلورية لنيتريد السيليكون

نيتريد السيليكونيوجد في ثلاثة هياكل بلورية مختلفة: الطور α، الطور β، والطور γ. من بين هذه المراحل، تعد المرحلتان α و β هي الأشكال الأكثر شيوعًا والمستخدمة من Si3N4، وكلاهما ينتمي إلى النظام البلوري السداسي. يعد هيكل الشبكة المستقر لهذه المراحل مسؤولاً عن الخواص الميكانيكية والحرارية الممتازة التي تجعل سيراميك نيتريد السيليكون مثاليًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

تعد المرحلة β (β-Si3N4) ذات أهمية خاصة في التطبيقات الهندسية نظرًا لأدائها المتفوق في ظل درجات الحرارة المرتفعة والمقاومة الكيميائية. إنه الشكل البلوري الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في صناعات مثل الطيران والدفاع والهندسة الميكانيكية. على سبيل المثال، يتم استخدام β-Si3N4 في تصنيع أجزاء المحرك الخزفية عالية الأداء، والدوارات والأعضاء الساكنة لتوربينات الغاز، وحلقات الختم الميكانيكية، حيث تحظى خصائص التشحيم الذاتي والمتانة العالية في ظل الظروف القاسية بتقدير كبير.

في المقابل، فإن الطور γ (γ-Si3N4) هو شكل أقل شيوعًا بكثير من نيتريد السيليكون الذي لا يمكن تصنيعه إلا في ظل ظروف درجة الحرارة العالية والضغط العالي. ونتيجة لذلك، ركزت الأبحاث حول هياكل نيتريد السيليكون في المقام الأول على المرحلتين α و β.

الموصلية الحرارية العاليةركائز السيراميك نيتريد السيليكون

مع استمرار صناعة الإلكترونيات في التطور نحو المزيد من التنظيم والذكاء والتكامل، فإن الطلب على أجهزة أشباه الموصلات يتزايد بسرعة. مع ارتفاع طاقة الإدخال إلى الرقائق الإلكترونية والدوائر الأكثر كثافة، تصبح الحرارة المتولدة أثناء التشغيل تحديًا كبيرًا. لقد أصبح تبديد الحرارة الفعال عاملاً حاسماً في تحسين الأداء العام وكفاءة أجهزة أشباه الموصلات، وهنا يلعب نيتريد السيليكون دورًا حيويًا.

إن التوصيل الحراري النظري العالي لنتريد السيليكون، بالإضافة إلى العزل الكهربائي الممتاز ومقاومة الأكسدة، يجعلها مادة مثالية لركائز التغليف الإلكترونية عالية الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل التمدد الحراري الخاص به يتطابق بشكل وثيق مع المواد المستخدمة في رقائق أشباه الموصلات، مما يضمن السلامة الهيكلية وتقليل الضغط الحراري أثناء التشغيل. تتيح هذه الخصائص إنتاج ركائز عالية الأداء لتبديد الحرارة في تطبيقات مثل الدوائر عالية السرعة، وIGBTs (الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة)، وLG (الموجهات الضوئية)، وأنظمة CPV (الخلايا الكهروضوئية المركزة).

إن قدرة نيتريد السيليكون على تبديد الحرارة بشكل فعال، مع الحفاظ على العزل الكهربائي والاستقرار الميكانيكي، أمر ضروري للأجهزة التي تتعامل مع كميات كبيرة من الطاقة. إن أدائها الممتاز في هذه المجالات لا يضمن التشغيل الموثوق لأشباه موصلات الطاقة فحسب، بل يساهم أيضًا في تصغير الأنظمة الإلكترونية الحديثة وكفاءتها.

خاتمة

باختصار، مزيج نيتريد السيليكون الفريد من القوة، ومقاومة الحرارة، والاستقرار الكيميائي، والتوصيل الحراري يجعله مادة لا غنى عنها في مجموعة متنوعة من التطبيقات عالية الأداء. بدءًا من استخدامه في مجال الطيران والدفاع لتصنيع مكونات متينة وعالية الحرارة، وحتى دوره في حل تحديات تبديد الحرارة في أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة، لا يزال نيتريد السيليكون لاعبًا حيويًا في تقدم التقنيات الحديثة. ومع استمرار الأبحاث في استكشاف خصائصه وإمكاناته، من المتوقع أن يظل نيتريد السيليكون بطلاً في عالم المواد المتقدمة.

تقدم Semicorex جودة عاليةالركيزة SiN. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com