工業加工,国防,生物医学,通信,科学研究における急速な発展により,高功率半導体レーザー (LD,TDLを含む),重要な技術になりました.しかし,レーザーの電力が増加し続けるにつれて,熱管理は重要なボトルネックとして現れ,パフォーマンス,信頼性,電力の密度のさらなる改善を制限しています.
高出力の動作では,電力のかなりの部分は,加熱媒体の内側で熱に変換されます.この熱を効率的に除去できない場合,波長漂移を引き起こす可能性があります.照明の質の低下材料の老化が加速し 壊滅的な装置の故障さえも適正なシーンの材料の選択はレーザーシステムの長期安定性と性能限界を決定する決定的な役割を果たします.
様々な候補材料の中で,シリコンカービッド (SiC) のヒートシンクは,優れた熱相性,環境耐久性,そしてエンジニアリングの互換性.
現在,熱流シンク材料には金属 (銅とアルミニウム),アルミニウムナイトリド (AlN) セラミック,CVDダイヤモンドが含まれています.それぞれが高功率レーザーアプリケーションで重要な限界を示しています:
銅 (Cu)
熱伝導性: ~397 W·m−1·K−1
熱膨張係数 (CTE): 16.5×10−6 K−1
問題: 熱循環中に熱力ストレス濃度とインターフェースの劣化につながる,GaNとInPの獲得媒体の重度の不一致.
アルミ (Al)
熱伝導性: ~217 W·m−1·K−1
CTE: 23.1×10−6 K−1
機械的な弱さ (ブリーネル硬さ ~ 20 〜 35 HB) で,組み立ておよび操作中に変形する傾向があります.
熱伝導性: ~180 W·m−1·K−1
CTE: ~4.5×10−6 K−1 (SiCに近い)
制限:熱伝導性は4H-SiCの45%しかなく,千ワット級レーザーシステムでの有効性を制限する.
熱伝導性:最大2000W·m−1·K−1
CTE: 1.0×10−6 K−1,Yb:YAG (6.8×10−6 K−1) などの一般的なレーザー材料と重度の不一致
課題: 3 インチ より 大きい 欠陥 のない ワッフル を 製造 する の は 極めて 高額 で,また 困難 です.
上記の材料と比較して,シリコンカービッド (SiC) は熱性能,機械的信頼性,材料互換性の優れたバランスを示しています.
室温 熱伝導性: 360 〜 490 W·m−1·K−1,銅 と 比べ,アルミ と は 遥かに 優れている.
CTE: 3.8×4.3×10−6 K−1,GaN (3.17×10−6 K−1) とInP (4.6×10−6 K−1) と密接に一致する.
結果: 熱圧の軽減,インターフェースの安定性向上,熱サイクルにおける信頼性の向上.
SiCは提供しています:
優れた酸化耐性
強い放射線耐性
モース硬度は9まで2
高温および高功率レーザー環境における安定性
SiCは金属と比較して,銅のように腐食したり,アルミのように変形したりせず,長期間の使用期間中に恒常的な熱性能を保証します.
SiCは,以下を含む様々な結合技術を使用して,半導体増幅媒体と統合することができる.
金属化結合
直接結合
エウテキス結合
この汎用性により,低熱インターフェース抵抗と既存の半導体製造プロセスとのシームレスな統合が可能です.
SiCは3C-SiCを含む複数のポリタイプで存在します4H-SiC,および6H-SiC,それぞれ異なる性質と製造方法を有する:
成長温度: > 2000°C
4H-SiCと6H-SiCを生産する
熱伝導性: 300~490 W·m−1·K−1
構造的に高性能レーザーシステムに適しています
成長温度: 1450~1700°C
ポリタイプ選択を正確に制御する
熱伝導性: 320~450 W·m−1·K−1
高級で長持ちするレーザー装置に最適です
高純度4H-SiCと6H-SiCを生産する
熱伝導性:350~500Wm−1K−1
高熱性能と優れた寸法安定性を組み合わせ,産業用用途の好ましい選択となっています.
シリコンカービッド (SiC) は,以下の要因により,高性能レーザーシステムにおける熱シンク材料として優位に成長しています.
半導体増幅媒体の優れた熱マッチング
極端な条件下で環境に耐久性がある
半導体結合プロセスとの強い互換性
異なるSiCポリタイプと結晶学的な方向性を利用することでエンジニアは,異質結合レーザー装置の熱膨張マッチングと熱消散効率をさらに最適化することができます.
レーザー電力のレベルが上昇するにつれて SiC熱吸収器は 次世代の光子と光電子システムにおいて 重要な役割を果たす準備ができています
工業加工,国防,生物医学,通信,科学研究における急速な発展により,高功率半導体レーザー (LD,TDLを含む),重要な技術になりました.しかし,レーザーの電力が増加し続けるにつれて,熱管理は重要なボトルネックとして現れ,パフォーマンス,信頼性,電力の密度のさらなる改善を制限しています.
高出力の動作では,電力のかなりの部分は,加熱媒体の内側で熱に変換されます.この熱を効率的に除去できない場合,波長漂移を引き起こす可能性があります.照明の質の低下材料の老化が加速し 壊滅的な装置の故障さえも適正なシーンの材料の選択はレーザーシステムの長期安定性と性能限界を決定する決定的な役割を果たします.
様々な候補材料の中で,シリコンカービッド (SiC) のヒートシンクは,優れた熱相性,環境耐久性,そしてエンジニアリングの互換性.
現在,熱流シンク材料には金属 (銅とアルミニウム),アルミニウムナイトリド (AlN) セラミック,CVDダイヤモンドが含まれています.それぞれが高功率レーザーアプリケーションで重要な限界を示しています:
銅 (Cu)
熱伝導性: ~397 W·m−1·K−1
熱膨張係数 (CTE): 16.5×10−6 K−1
問題: 熱循環中に熱力ストレス濃度とインターフェースの劣化につながる,GaNとInPの獲得媒体の重度の不一致.
アルミ (Al)
熱伝導性: ~217 W·m−1·K−1
CTE: 23.1×10−6 K−1
機械的な弱さ (ブリーネル硬さ ~ 20 〜 35 HB) で,組み立ておよび操作中に変形する傾向があります.
熱伝導性: ~180 W·m−1·K−1
CTE: ~4.5×10−6 K−1 (SiCに近い)
制限:熱伝導性は4H-SiCの45%しかなく,千ワット級レーザーシステムでの有効性を制限する.
熱伝導性:最大2000W·m−1·K−1
CTE: 1.0×10−6 K−1,Yb:YAG (6.8×10−6 K−1) などの一般的なレーザー材料と重度の不一致
課題: 3 インチ より 大きい 欠陥 のない ワッフル を 製造 する の は 極めて 高額 で,また 困難 です.
上記の材料と比較して,シリコンカービッド (SiC) は熱性能,機械的信頼性,材料互換性の優れたバランスを示しています.
室温 熱伝導性: 360 〜 490 W·m−1·K−1,銅 と 比べ,アルミ と は 遥かに 優れている.
CTE: 3.8×4.3×10−6 K−1,GaN (3.17×10−6 K−1) とInP (4.6×10−6 K−1) と密接に一致する.
結果: 熱圧の軽減,インターフェースの安定性向上,熱サイクルにおける信頼性の向上.
SiCは提供しています:
優れた酸化耐性
強い放射線耐性
モース硬度は9まで2
高温および高功率レーザー環境における安定性
SiCは金属と比較して,銅のように腐食したり,アルミのように変形したりせず,長期間の使用期間中に恒常的な熱性能を保証します.
SiCは,以下を含む様々な結合技術を使用して,半導体増幅媒体と統合することができる.
金属化結合
直接結合
エウテキス結合
この汎用性により,低熱インターフェース抵抗と既存の半導体製造プロセスとのシームレスな統合が可能です.
SiCは3C-SiCを含む複数のポリタイプで存在します4H-SiC,および6H-SiC,それぞれ異なる性質と製造方法を有する:
成長温度: > 2000°C
4H-SiCと6H-SiCを生産する
熱伝導性: 300~490 W·m−1·K−1
構造的に高性能レーザーシステムに適しています
成長温度: 1450~1700°C
ポリタイプ選択を正確に制御する
熱伝導性: 320~450 W·m−1·K−1
高級で長持ちするレーザー装置に最適です
高純度4H-SiCと6H-SiCを生産する
熱伝導性:350~500Wm−1K−1
高熱性能と優れた寸法安定性を組み合わせ,産業用用途の好ましい選択となっています.
シリコンカービッド (SiC) は,以下の要因により,高性能レーザーシステムにおける熱シンク材料として優位に成長しています.
半導体増幅媒体の優れた熱マッチング
極端な条件下で環境に耐久性がある
半導体結合プロセスとの強い互換性
異なるSiCポリタイプと結晶学的な方向性を利用することでエンジニアは,異質結合レーザー装置の熱膨張マッチングと熱消散効率をさらに最適化することができます.
レーザー電力のレベルが上昇するにつれて SiC熱吸収器は 次世代の光子と光電子システムにおいて 重要な役割を果たす準備ができています
