산업 처리, 국방, 생의학 응용, 통신 및 과학 연구의 급속한 발전으로, 고전력 반도체 레이저 (LD, TDL,그리고 VCSEL) 는 주요 기술로 자리 잡았습니다.그러나 레이저 전력이 계속 증가함에 따라 열 관리는 성능, 신뢰성 및 전력 밀도의 추가 개선을 제한하는 중요한 병목으로 나타났습니다.
고전력 작동 도중 전기 에너지의 상당 부분은 이득 매체 내에서 열으로 변환 됩니다. 이 열을 효율적으로 제거 할 수 없다면, 그것은 파장 이동으로 이어집니다.빔 품질의 저하, 가속된 물질 노화, 심지어 재앙적인 장치 고장.적절한 히트 싱크 재료의 선택은 레이저 시스템의 장기 안정성과 성능 한도를 결정하는 데 결정적인 역할을합니다..
다양한 후보 재료 중, 실리콘 카비드 (SiC) 히트 싱크는 뛰어난 열 일치, 환경 내구성,그리고 엔지니어링 호환성.
현재 주요 히트 싱크 재료는 금속 (황 및 알루미늄), 알루미늄 질화물 (AlN) 세라믹 및 CVD 다이아몬드입니다.각각은 고전력 레이저 응용 프로그램에서 상당한 한계를 나타냅니다.:
구리 (Cu)
열전도 ~397 W·m−1·K−1
열 확장 계수 (CTE): 16.5×10−6 K−1
문제: GaN와 InP 가이프 매체와 심각한 불일치로 열주기 중에 열압력 농도와 인터페이스 붕괴가 발생합니다.
알루미늄 (Al)
열전도 ~ 217 W·m−1·K−1
CTE: 23.1×10−6 K−1
기계적 약성 (브리넬 강도 ~ 20~35 HB), 조립 및 작동 중에 변형되기 쉽다.
열전도 ~180 W·m−1·K−1
CTE: ~4.5×10−6 K−1 (SiC에 가깝다)
한계: 열 전도성은 4H-SiC의 ~ 45%에 불과하며, 이는 킬로와트급 레이저 시스템에서의 효과를 제한합니다.
열전도: 최대 2000 W·m−1·K−1
CTE: 1.0×10−6 K−1, Yb:YAG (6.8×10−6 K−1) 와 같은 일반적인 레이저 재료와 심각하게 일치하지 않습니다.
문제점: 3인치 이상의 결함 없는 웨이퍼를 생산하는 데 매우 높은 비용과 어려움.
위의 재료와 비교하면 실리콘 카바이드 (SiC) 는 열 성능, 기계적 신뢰성 및 재료 호환성 사이의 우수한 균형을 보여줍니다.
방온 열전도: 360~490W·m−1·K−1, 구리와 비교할 수 있으며 알루미늄보다 훨씬 우월하다.
CTE: 3.8×4.3×10−6 K−1, GaN (3.17×10−6 K−1) 와 InP (4.6×10−6 K−1) 와 밀접하게 일치한다.
결과: 열 스트레스 감소, 인터페이스 안정성 향상 및 열 사이클에서 신뢰성 향상.
SiC는 다음과 같이 제안합니다.
우수한 산화 저항성
강한 방사능 내성이
모스 경도는 9입니다.2
고온 및 고전력 레이저 환경에서 안정성
금속과 비교했을 때, SiC는 구리처럼 부식하거나 알루미늄처럼 변형되지 않으며, 긴 사용 기간 동안 일관된 열 성능을 보장합니다.
SiC는 다음과 같은 다양한 결합 기술을 사용하여 반도체 이득 매체에 통합 될 수 있습니다.
금속화 결합
직결
유텍스 결합
이러한 다재다능성은 낮은 열 인터페이스 저항과 기존 반도체 제조 프로세스와 원활한 통합을 가능하게합니다.
SiC는 3C-SiC를 포함한 여러 가지 다형체로 존재합니다.4H-SiC, 및 6H-SiC, 각각 다른 성질과 제조 방법을 가진:
성장 온도: > 2000°C
4H-SiC와 6H-SiC를 생산합니다.
열전도: 300~490W·m−1·K−1
구조적으로 까다로운 고전력 레이저 시스템에 적합합니다.
성장 온도: 1450~1700°C
폴리 타입 선택의 정확한 제어
열전도: 320~450W·m-1·K-1
고품질, 장수 레이저 장치에 이상적입니다.
고 순수 4H-SiC와 6H-SiC를 생산합니다.
열전도: 350~500W·m-1·K-1
높은 열 성능과 우수한 차원 안정성을 결합하여 산업용 용도로 선호되는 선택입니다.
실리콘 카바이드 (SiC) 는 다음과 같은 이유로 고전력 레이저 시스템에 선도적 인 히트 싱크 재료로 부상했습니다.
반도체 증강 매체와 우수한 열 일치
극한 조건에서의 환경 내구성
반도체 결합 과정과 강한 호환성
다른 SiC 폴리 타입과 결정학적 지향을 활용함으로써엔지니어들은 이성적으로 결합 된 레이저 장치에서 열 확장 일치 및 열 분산 효율을 더 이상 최적화 할 수 있습니다..
레이저 전력 수준이 계속 높아짐에 따라 SiC 히트 싱크는 차세대 광학 및 광전자 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.
산업 처리, 국방, 생의학 응용, 통신 및 과학 연구의 급속한 발전으로, 고전력 반도체 레이저 (LD, TDL,그리고 VCSEL) 는 주요 기술로 자리 잡았습니다.그러나 레이저 전력이 계속 증가함에 따라 열 관리는 성능, 신뢰성 및 전력 밀도의 추가 개선을 제한하는 중요한 병목으로 나타났습니다.
고전력 작동 도중 전기 에너지의 상당 부분은 이득 매체 내에서 열으로 변환 됩니다. 이 열을 효율적으로 제거 할 수 없다면, 그것은 파장 이동으로 이어집니다.빔 품질의 저하, 가속된 물질 노화, 심지어 재앙적인 장치 고장.적절한 히트 싱크 재료의 선택은 레이저 시스템의 장기 안정성과 성능 한도를 결정하는 데 결정적인 역할을합니다..
다양한 후보 재료 중, 실리콘 카비드 (SiC) 히트 싱크는 뛰어난 열 일치, 환경 내구성,그리고 엔지니어링 호환성.
현재 주요 히트 싱크 재료는 금속 (황 및 알루미늄), 알루미늄 질화물 (AlN) 세라믹 및 CVD 다이아몬드입니다.각각은 고전력 레이저 응용 프로그램에서 상당한 한계를 나타냅니다.:
구리 (Cu)
열전도 ~397 W·m−1·K−1
열 확장 계수 (CTE): 16.5×10−6 K−1
문제: GaN와 InP 가이프 매체와 심각한 불일치로 열주기 중에 열압력 농도와 인터페이스 붕괴가 발생합니다.
알루미늄 (Al)
열전도 ~ 217 W·m−1·K−1
CTE: 23.1×10−6 K−1
기계적 약성 (브리넬 강도 ~ 20~35 HB), 조립 및 작동 중에 변형되기 쉽다.
열전도 ~180 W·m−1·K−1
CTE: ~4.5×10−6 K−1 (SiC에 가깝다)
한계: 열 전도성은 4H-SiC의 ~ 45%에 불과하며, 이는 킬로와트급 레이저 시스템에서의 효과를 제한합니다.
열전도: 최대 2000 W·m−1·K−1
CTE: 1.0×10−6 K−1, Yb:YAG (6.8×10−6 K−1) 와 같은 일반적인 레이저 재료와 심각하게 일치하지 않습니다.
문제점: 3인치 이상의 결함 없는 웨이퍼를 생산하는 데 매우 높은 비용과 어려움.
위의 재료와 비교하면 실리콘 카바이드 (SiC) 는 열 성능, 기계적 신뢰성 및 재료 호환성 사이의 우수한 균형을 보여줍니다.
방온 열전도: 360~490W·m−1·K−1, 구리와 비교할 수 있으며 알루미늄보다 훨씬 우월하다.
CTE: 3.8×4.3×10−6 K−1, GaN (3.17×10−6 K−1) 와 InP (4.6×10−6 K−1) 와 밀접하게 일치한다.
결과: 열 스트레스 감소, 인터페이스 안정성 향상 및 열 사이클에서 신뢰성 향상.
SiC는 다음과 같이 제안합니다.
우수한 산화 저항성
강한 방사능 내성이
모스 경도는 9입니다.2
고온 및 고전력 레이저 환경에서 안정성
금속과 비교했을 때, SiC는 구리처럼 부식하거나 알루미늄처럼 변형되지 않으며, 긴 사용 기간 동안 일관된 열 성능을 보장합니다.
SiC는 다음과 같은 다양한 결합 기술을 사용하여 반도체 이득 매체에 통합 될 수 있습니다.
금속화 결합
직결
유텍스 결합
이러한 다재다능성은 낮은 열 인터페이스 저항과 기존 반도체 제조 프로세스와 원활한 통합을 가능하게합니다.
SiC는 3C-SiC를 포함한 여러 가지 다형체로 존재합니다.4H-SiC, 및 6H-SiC, 각각 다른 성질과 제조 방법을 가진:
성장 온도: > 2000°C
4H-SiC와 6H-SiC를 생산합니다.
열전도: 300~490W·m−1·K−1
구조적으로 까다로운 고전력 레이저 시스템에 적합합니다.
성장 온도: 1450~1700°C
폴리 타입 선택의 정확한 제어
열전도: 320~450W·m-1·K-1
고품질, 장수 레이저 장치에 이상적입니다.
고 순수 4H-SiC와 6H-SiC를 생산합니다.
열전도: 350~500W·m-1·K-1
높은 열 성능과 우수한 차원 안정성을 결합하여 산업용 용도로 선호되는 선택입니다.
실리콘 카바이드 (SiC) 는 다음과 같은 이유로 고전력 레이저 시스템에 선도적 인 히트 싱크 재료로 부상했습니다.
반도체 증강 매체와 우수한 열 일치
극한 조건에서의 환경 내구성
반도체 결합 과정과 강한 호환성
다른 SiC 폴리 타입과 결정학적 지향을 활용함으로써엔지니어들은 이성적으로 결합 된 레이저 장치에서 열 확장 일치 및 열 분산 효율을 더 이상 최적화 할 수 있습니다..
레이저 전력 수준이 계속 높아짐에 따라 SiC 히트 싱크는 차세대 광학 및 광전자 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.
