সিলিকন নাইট্রাইড (Si₃N₄) সিরামিক, উন্নত স্ট্রাকচারাল সিরামিক হিসাবে, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ, উচ্চ শক্তি, উচ্চ দৃঢ়তা, উচ্চ কঠোরতা, ক্রীপ প্রতিরোধ, অক্সিডেশন প্রতিরোধ এবং পরিধান প্রতিরোধের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্যের অধিকারী। উপরন্তু, তারা ভাল তাপ শক প্রতিরোধের, অস্তরক বৈশিষ্ট্য, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, এবং চমৎকার উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভ ট্রান্সমিশন কর্মক্ষমতা প্রদান করে। এই অসামান্য ব্যাপক বৈশিষ্ট্যগুলি এগুলিকে জটিল কাঠামোগত উপাদানগুলিতে, বিশেষত মহাকাশ এবং অন্যান্য উচ্চ-প্রযুক্তি ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত করে তোলে।
যাইহোক, Si₃N₄, দৃঢ় সমযোজী বন্ধন সহ একটি যৌগ হওয়ায়, এর একটি স্থিতিশীল কাঠামো রয়েছে যা একা কঠিন-স্থিতির বিস্তারের মাধ্যমে উচ্চ ঘনত্বে সিন্টারিংকে কঠিন করে তোলে। সিন্টারিংকে উন্নীত করার জন্য, সিন্টারিং এইডগুলি, যেমন ধাতব অক্সাইড (MgO, CaO, Al₂O₃) এবং বিরল আর্থ অক্সাইড (Yb₂O₃, Y₂O₃, Lu₂O₃, CeO₂), যুক্ত করা হয় ঘনত্ব-ফ্যাচেনিজম-এর সাহায্যে।
বর্তমানে, গ্লোবাল সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস প্রযুক্তি উচ্চ ভোল্টেজ, বৃহত্তর স্রোত এবং বৃহত্তর শক্তি ঘনত্বের দিকে অগ্রসর হচ্ছে। Si₃N₄ সিরামিক তৈরির পদ্ধতি নিয়ে গবেষণা ব্যাপক। এই নিবন্ধটি সিন্টারিং প্রক্রিয়াগুলির সাথে পরিচয় করিয়ে দেয় যা কার্যকরভাবে সিলিকন নাইট্রাইড সিরামিকের ঘনত্ব এবং ব্যাপক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে।
Si₃N₄ সিরামিকের জন্য সাধারণ সিন্টারিং পদ্ধতি
বিভিন্ন সিন্টারিং পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত Si₃N₄ সিরামিকের পারফরম্যান্সের তুলনা
1. প্রতিক্রিয়াশীল সিন্টারিং (RS):প্রতিক্রিয়াশীল সিন্টারিং ছিল প্রথম পদ্ধতি যা শিল্পভাবে Si₃N₄ সিরামিক প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়। এটি সহজ, সাশ্রয়ী এবং জটিল আকার তৈরি করতে সক্ষম। যাইহোক, এটির একটি দীর্ঘ উত্পাদন চক্র রয়েছে, যা শিল্প-স্কেল উত্পাদনের জন্য অনুকূল নয়।
2. চাপবিহীন সিন্টারিং (PLS):এটি সবচেয়ে মৌলিক এবং সহজ সিন্টারিং প্রক্রিয়া। যাইহোক, এটির জন্য উচ্চ-মানের Si₃N₄ কাঁচামাল প্রয়োজন এবং প্রায়শই নিম্ন ঘনত্ব, উল্লেখযোগ্য সংকোচন এবং ক্র্যাক বা বিকৃত হওয়ার প্রবণতা সহ সিরামিকের ফলস্বরূপ।
3. হট-প্রেস সিন্টারিং (HP):অক্ষীয় যান্ত্রিক চাপ প্রয়োগের ফলে সিন্টারিং এর চালিকা শক্তি বৃদ্ধি পায়, যার ফলে চাপহীন সিন্টারিং-এ ব্যবহৃত তাপমাত্রার তুলনায় 100-200°C কম তাপমাত্রায় ঘন সিরামিক তৈরি করা যায়। এই পদ্ধতিটি সাধারণত তুলনামূলকভাবে সাধারণ ব্লক-আকৃতির সিরামিক তৈরির জন্য ব্যবহৃত হয় তবে স্তর উপাদানগুলির জন্য বেধ এবং আকৃতির প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা কঠিন।
4. স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (এসপিএস):SPS দ্রুত sintering, শস্য পরিশোধন, এবং হ্রাস sintering তাপমাত্রা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়. যাইহোক, SPS-এর জন্য সরঞ্জামগুলিতে উল্লেখযোগ্য বিনিয়োগের প্রয়োজন, এবং SPS-এর মাধ্যমে উচ্চ তাপ পরিবাহিতা Si₃N₄ সিরামিকের প্রস্তুতি এখনও পরীক্ষামূলক পর্যায়ে রয়েছে এবং এখনও শিল্পায়ন করা হয়নি।
5. গ্যাস-চাপ সিন্টারিং (GPS):গ্যাসের চাপ প্রয়োগ করে, এই পদ্ধতিটি উচ্চ তাপমাত্রায় সিরামিক পচন এবং ওজন হ্রাসকে বাধা দেয়। উচ্চ-ঘনত্বের সিরামিক উত্পাদন করা সহজ এবং ব্যাচ উত্পাদন সক্ষম করে। যাইহোক, একটি একক-পদক্ষেপ গ্যাস-চাপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া অভিন্ন অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিক রঙ এবং কাঠামোর সাথে কাঠামোগত উপাদানগুলি তৈরি করতে লড়াই করে। একটি দ্বি-পদক্ষেপ বা বহু-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া ব্যবহার করে উল্লেখযোগ্যভাবে আন্তঃগ্রানুলার অক্সিজেন সামগ্রী হ্রাস করতে পারে, তাপ পরিবাহিতা উন্নত করতে পারে এবং সামগ্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে।
যাইহোক, দ্বি-পদক্ষেপ গ্যাস-চাপ সিন্টারিংয়ের উচ্চ সিন্টারিং তাপমাত্রা পূর্ববর্তী গবেষণাগুলিকে প্রধানত উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং কক্ষ-তাপমাত্রা নমন শক্তি সহ Si₃N₄ সিরামিক সাবস্ট্রেট প্রস্তুত করার দিকে মনোনিবেশ করেছে। ব্যাপক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং উচ্চ-তাপমাত্রার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সহ Si₃N₄ সিরামিকের উপর গবেষণা তুলনামূলকভাবে সীমিত।
Si₃N₄ এর জন্য গ্যাস-চাপ দ্বি-পদক্ষেপ সিন্টারিং পদ্ধতি
Yang Zhou এবং Chongqing University of Technology এর সহকর্মীরা 5 wt.% Yb₂O₃ + 5 wt.% Al₂O₃ একটি সিন্টারিং এইড সিস্টেম ব্যবহার করে Si₃N₄ সিরামিক প্রস্তুত করতে এক-ধাপ এবং দুই-পদক্ষেপ গ্যাস-চাপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া 10°C এ উভয়ই ব্যবহার করে। দ্বি-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত Si₃N₄ সিরামিকগুলির উচ্চ ঘনত্ব এবং আরও ভাল ব্যাপক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ছিল। নিম্নলিখিতটি Si₃N₄ সিরামিক উপাদানগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর এক-পদক্ষেপ এবং দ্বি-পদক্ষেপ গ্যাস-চাপ সিন্টারিং প্রক্রিয়াগুলির প্রভাবগুলির সংক্ষিপ্ত বিবরণ দেয়৷
ঘনত্ব Si₃N₄ এর ঘনত্ব প্রক্রিয়ায় সাধারণত তিনটি পর্যায় জড়িত থাকে, পর্যায়গুলির মধ্যে ওভারল্যাপ থাকে। প্রথম পর্যায়, কণার পুনর্বিন্যাস এবং দ্বিতীয় পর্যায়, দ্রবীভূতকরণ-বর্ষণ, ঘনত্বের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পর্যায়। এই পর্যায়ে পর্যাপ্ত প্রতিক্রিয়া সময় উল্লেখযোগ্যভাবে নমুনার ঘনত্ব উন্নত করে। যখন দুই-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়ার জন্য প্রাক-সিন্টারিং তাপমাত্রা 1600°C সেট করা হয়, তখন β-Si₃N₄ দানা একটি কাঠামো তৈরি করে এবং বন্ধ ছিদ্র তৈরি করে। প্রি-সিন্টারিংয়ের পরে, উচ্চ তাপমাত্রা এবং নাইট্রোজেনের চাপে আরও গরম করা তরল-ফেজ প্রবাহ এবং ভরাটকে উত্সাহিত করে, যা বন্ধ ছিদ্রগুলি দূর করতে সাহায্য করে, Si₃N₄ সিরামিকের ঘনত্বকে আরও উন্নত করে। অতএব, দুই-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত নমুনাগুলি এক-পদক্ষেপ সিন্টারিং দ্বারা উত্পাদিত তুলনায় উচ্চ ঘনত্ব এবং আপেক্ষিক ঘনত্ব দেখায়।
পর্যায় এবং মাইক্রোস্ট্রাকচার এক-ধাপে সিন্টারিংয়ের সময়, কণা পুনর্বিন্যাস এবং শস্যের সীমানা বিস্তারের জন্য উপলব্ধ সময় সীমিত। দ্বি-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়ায়, প্রথম ধাপটি নিম্ন তাপমাত্রা এবং কম গ্যাসের চাপে পরিচালিত হয়, যা কণার পুনর্বিন্যাস সময়কে প্রসারিত করে এবং এর ফলে বড় দানা হয়। তারপরে তাপমাত্রা উচ্চ-তাপমাত্রার পর্যায়ে বাড়ানো হয়, যেখানে অস্টওয়াল্ড পাকা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে দানা বাড়তে থাকে, উচ্চ-ঘনত্ব Si₃N₄ সিরামিকের ফলন হয়।
যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য উচ্চ তাপমাত্রায় আন্তঃগ্রানুলার পর্যায়ের নরম হওয়া শক্তি হ্রাসের প্রাথমিক কারণ। এক-ধাপে সিন্টারিং-এ, অস্বাভাবিক শস্যের বৃদ্ধি শস্যের মধ্যে ছোট ছিদ্র তৈরি করে, যা উচ্চ-তাপমাত্রার শক্তিতে উল্লেখযোগ্য উন্নতি রোধ করে। যাইহোক, দুই-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়ায়, গ্লাস ফেজ, সমানভাবে শস্যের সীমানায় বিতরণ করা হয় এবং সমান আকারের শস্য আন্তঃগ্রানুলার শক্তি বাড়ায়, যার ফলে উচ্চ-তাপমাত্রা নমন শক্তি বৃদ্ধি পায়।
উপসংহারে, এক-ধাপে সিন্টারিংয়ের সময় দীর্ঘায়িত ধারণ কার্যকরভাবে অভ্যন্তরীণ ছিদ্র কমাতে পারে এবং অভিন্ন অভ্যন্তরীণ রঙ এবং গঠন অর্জন করতে পারে তবে অস্বাভাবিক শস্য বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করতে পারে, যা নির্দিষ্ট যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে হ্রাস করে। একটি দ্বি-পদক্ষেপ সিন্টারিং প্রক্রিয়া নিযুক্ত করে-কণা পুনর্বিন্যাস সময় বাড়ানোর জন্য কম-তাপমাত্রা প্রাক-সিন্টারিং ব্যবহার করে এবং অভিন্ন শস্য বৃদ্ধির জন্য উচ্চ-তাপমাত্রা ধারণ করে- একটি Si₃N₄ সিরামিক যার আপেক্ষিক ঘনত্ব 98.25%, অভিন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচার, এবং চমৎকার ব্যাপক বৈশিষ্ট্য রয়েছে সফলভাবে প্রস্তুত করা যেতে পারে।
| নাম | সাবস্ট্রেট | এপিটাক্সিয়াল স্তর রচনা | এপিটাক্সিয়াল প্রক্রিয়া | এপিটাক্সিয়াল মাধ্যম |
| সিলিকন হোমোপিটাক্সিয়াল | Si | Si | বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি (VPE) | SiCl4+H2 |
| সিলিকন হেটেরোপিটাক্সিয়াল | নীলকান্তমণি বা স্পিনেল | Si | বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি (VPE) | SiH₄+H₂ |
| GaAs homoepitaxial | GaAs | GaAs GaAs | বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি (VPE) | AsCl₃+Ga+H₂ (Ar) |
| GaAs | GaAs GaAs | মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) | Ga+As | |
| GaAs heteroepitaxial | GaAs GaAs | GaAlAs/GaAs/GaAlAs | লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই) বাষ্প পর্যায় (VPE) | Ga+Al+CaAs+ H2 Ga+Ash3+PH3+CHl+H2 |
| গ্যাপি হোমোপিটাক্সিয়াল | গ্যাপ | GaP(GaP;N) | লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই) লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই) | Ga+GaP+H2+(NH3) Ga+GaAs+GaP+NH3 |
| সুপারল্যাটিস | GaAs | GaAlAs/GaAs (চক্র) | মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) MOCVD | Ca, As, Al GaR₃+AlR3+AsH3+H2 |
| ইনপি হোমোপিটাক্সিয়াল | ইনপি | ইনপি | বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি (VPE) লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই) | PCl3+In+H2 In+InAs+GaAs+InP+H₂ |
| Si/GaAs এপিটাক্সি | Si | GaAs | মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) এমওজিভিডি | গা, যেমন GaR₃+AsH₃+H₂ |
পোস্টের সময়: ডিসেম্বর-২৪-২০২৪