গুরুত্বপূর্ণ উপকরণ যা মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বৃদ্ধির গুণমান নির্ধারণ করে - তাপীয় ক্ষেত্র

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধি প্রক্রিয়া সম্পূর্ণরূপে তাপীয় ক্ষেত্রে সঞ্চালিত হয়। একটি ভাল তাপীয় ক্ষেত্র স্ফটিকের গুণমান উন্নত করার জন্য সহায়ক এবং উচ্চতর স্ফটিককরণ দক্ষতা রয়েছে। তাপ ক্ষেত্রের নকশা মূলত গতিশীল তাপ ক্ষেত্রের তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্টের পরিবর্তন এবং চুল্লি চেম্বারে গ্যাসের প্রবাহ নির্ধারণ করে। তাপ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত উপকরণের পার্থক্য সরাসরি তাপ ক্ষেত্রের পরিষেবা জীবন নির্ধারণ করে। একটি অযৌক্তিক তাপীয় ক্ষেত্র শুধুমাত্র মানের প্রয়োজনীয়তা পূরণকারী স্ফটিক বৃদ্ধি করা কঠিন নয়, তবে নির্দিষ্ট প্রক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তার অধীনে সম্পূর্ণ মনোক্রিস্টালাইন বৃদ্ধি করতে পারে না। এই কারণেই ডাইরেক্ট-পুল মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন শিল্প তাপীয় ক্ষেত্রের নকশাকে সবচেয়ে মূল প্রযুক্তি হিসাবে বিবেচনা করে এবং তাপ ক্ষেত্রের গবেষণা ও উন্নয়নে বিশাল জনশক্তি এবং উপাদান সম্পদ বিনিয়োগ করে।

তাপ ব্যবস্থা বিভিন্ন তাপীয় ক্ষেত্রের উপকরণ দিয়ে গঠিত। আমরা শুধুমাত্র সংক্ষিপ্তভাবে তাপ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত উপকরণ পরিচয় করিয়ে দিই। তাপ ক্ষেত্রের তাপমাত্রা বন্টন এবং স্ফটিক টানার উপর এর প্রভাবের জন্য, আমরা এখানে এটি বিশ্লেষণ করব না। তাপীয় ক্ষেত্রের উপাদান ক্রিস্টাল বৃদ্ধির ভ্যাকুয়াম ফার্নেস চেম্বারে গঠন এবং তাপ নিরোধক অংশকে বোঝায়, যা অর্ধপরিবাহী গলে যাওয়া এবং স্ফটিকের চারপাশে একটি উপযুক্ত তাপমাত্রা বন্টন তৈরি করার জন্য অপরিহার্য।

1. তাপীয় ক্ষেত্রের গঠন উপাদান

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বৃদ্ধির জন্য সরাসরি-টান পদ্ধতির জন্য মৌলিক সহায়ক উপাদান হল উচ্চ-বিশুদ্ধ গ্রাফাইট। গ্রাফাইট উপকরণ আধুনিক শিল্পে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। তারা যেমন তাপ ক্ষেত্রের কাঠামোগত উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারেহিটার, গাইড টিউব, ক্রুসিবল, ইনসুলেশন টিউব, ক্রুসিবল ট্রে, ইত্যাদি।

গ্রাফাইট উপকরণনির্বাচন করা হয়েছে কারণ এগুলি বড় আয়তনে প্রস্তুত করা সহজ, প্রক্রিয়াজাত করা যায় এবং উচ্চ তাপমাত্রার প্রতিরোধী। হীরা বা গ্রাফাইটের আকারে কার্বনের যেকোনো উপাদান বা যৌগের চেয়ে উচ্চতর গলনাঙ্ক রয়েছে। গ্রাফাইট উপাদানগুলি বেশ শক্তিশালী, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রায়, এবং তাদের বৈদ্যুতিক এবং তাপ পরিবাহিতাও বেশ ভাল। এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এটিকে একটি হিসাবে উপযুক্ত করে তোলেহিটারউপাদান এটিতে একটি সন্তোষজনক তাপ পরিবাহিতা সহগ রয়েছে, যা হিটার দ্বারা উত্পন্ন তাপকে ক্রুসিবল এবং তাপ ক্ষেত্রের অন্যান্য অংশে সমানভাবে বিতরণ করতে দেয়। যাইহোক, উচ্চ তাপমাত্রায়, বিশেষ করে দীর্ঘ দূরত্বে, প্রধান তাপ স্থানান্তর মোড হল বিকিরণ।

গ্রাফাইটের অংশগুলি প্রাথমিকভাবে সূক্ষ্ম কার্বোনেশিয়াস কণা দিয়ে তৈরি হয় যা একটি বাইন্ডারের সাথে মিশ্রিত হয় এবং এক্সট্রুশন বা আইসোস্ট্যাটিক চাপ দ্বারা গঠিত হয়। উচ্চ মানের গ্রাফাইট অংশ সাধারণত isostatically চাপা হয়. সম্পূর্ণ অংশটি প্রথমে কার্বনাইজ করা হয় এবং তারপর 3000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি খুব উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফিটাইজ করা হয়। অর্ধপরিবাহী শিল্পের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে ধাতব দূষণ অপসারণের জন্য এই সম্পূর্ণ টুকরোগুলি থেকে প্রক্রিয়াকৃত অংশগুলি সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রায় ক্লোরিনযুক্ত বায়ুমণ্ডলে বিশুদ্ধ করা হয়। যাইহোক, যথাযথ পরিশোধনের পরেও, ধাতব দূষণের মাত্রা সিলিকন মনোক্রিস্টালাইন উপকরণগুলির জন্য অনুমোদিত মাত্রার চেয়ে অনেক বেশি মাত্রার। অতএব, গলিত বা স্ফটিক পৃষ্ঠে প্রবেশ করা থেকে এই উপাদানগুলির দূষণ প্রতিরোধ করার জন্য তাপীয় ক্ষেত্রের নকশায় যত্ন নেওয়া আবশ্যক।

গ্রাফাইট উপাদানগুলি সামান্য ভেদযোগ্য, যা ভিতরের অবশিষ্ট ধাতুকে পৃষ্ঠে পৌঁছানো সহজ করে তোলে। উপরন্তু, গ্রাফাইট পৃষ্ঠের চারপাশে বিশুদ্ধ গ্যাসে উপস্থিত সিলিকন মনোক্সাইড বেশিরভাগ পদার্থের মধ্যে প্রবেশ করতে পারে এবং বিক্রিয়া করতে পারে।

প্রারম্ভিক মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ফার্নেস হিটারগুলি অবাধ্য ধাতু যেমন টাংস্টেন এবং মলিবডেনাম দিয়ে তৈরি ছিল। গ্রাফাইট প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির ক্রমবর্ধমান পরিপক্কতার সাথে, গ্রাফাইট উপাদানগুলির মধ্যে সংযোগের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি স্থিতিশীল হয়ে উঠেছে, এবং মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ফার্নেস হিটারগুলি সম্পূর্ণরূপে টংস্টেন, মলিবডেনাম এবং অন্যান্য উপাদানের হিটারগুলিকে প্রতিস্থাপন করেছে। বর্তমানে, সর্বাধিক ব্যবহৃত গ্রাফাইট উপাদান হল আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট। আমার দেশের আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট প্রস্তুতি প্রযুক্তি তুলনামূলকভাবে পশ্চাদপদ, এবং দেশীয় ফটোভোলটাইক শিল্পে ব্যবহৃত বেশিরভাগ গ্রাফাইট সামগ্রী বিদেশ থেকে আমদানি করা হয়। বিদেশী আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট প্রস্তুতকারকদের মধ্যে প্রধানত জার্মানির SGL, জাপানের টোকাই কার্বন, জাপানের Toyo Tanso, ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত। Czochralski monocrystalline সিলিকন ফার্নেসগুলিতে, C/C কম্পোজিট উপাদানগুলি কখনও কখনও ব্যবহার করা হয়, এবং তারা বোল্ট, বাদাম, ক্রুসিবল, লোড তৈরিতে ব্যবহার করা শুরু করেছে। প্লেট এবং অন্যান্য উপাদান। কার্বন/কার্বন (C/C) কম্পোজিট হল কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড কার্বন-ভিত্তিক কম্পোজিট যাতে উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তি, উচ্চ নির্দিষ্ট মডুলাস, নিম্ন তাপ সম্প্রসারণ সহগ, ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, উচ্চ ফ্র্যাকচার শক্ততা, কম নির্দিষ্ট মাধ্যাকর্ষণ, তাপীয় শক প্রতিরোধের, জারা প্রতিরোধের, এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের। বর্তমানে, এগুলি মহাকাশ, রেসিং, জৈব উপাদান এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে নতুন উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী কাঠামোগত উপকরণ হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বর্তমানে, গার্হস্থ্য C/C কম্পোজিট দ্বারা সম্মুখীন প্রধান বাধা এখনও খরচ এবং শিল্পায়ন সমস্যা.

তাপীয় ক্ষেত্র তৈরিতে ব্যবহৃত অন্যান্য অনেক উপকরণ রয়েছে। কার্বন ফাইবার চাঙ্গা গ্রাফাইট উন্নত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য আছে; তবে এটি আরও ব্যয়বহুল এবং ডিজাইনের জন্য অন্যান্য প্রয়োজনীয়তা রয়েছে।সিলিকন কার্বাইড (SiC)অনেক দিক থেকে গ্রাফাইটের তুলনায় একটি ভাল উপাদান, কিন্তু এটি অনেক বেশি ব্যয়বহুল এবং বড়-আয়তনের অংশ প্রস্তুত করা কঠিন। যাইহোক, SiC প্রায়ই a হিসাবে ব্যবহৃত হয়সিভিডি আবরণক্ষয়কারী সিলিকন মনোক্সাইড গ্যাসের সংস্পর্শে থাকা গ্রাফাইট অংশগুলির আয়ু বাড়াতে এবং গ্রাফাইট থেকে দূষণ কমাতে পারে। ঘন সিভিডি সিলিকন কার্বাইড আবরণ কার্যকরভাবে মাইক্রোপোরাস গ্রাফাইট উপাদানের ভিতরের দূষককে পৃষ্ঠে পৌঁছাতে বাধা দেয়।

আরেকটি হল CVD কার্বন, যা গ্রাফাইট অংশের উপরে একটি ঘন স্তরও গঠন করতে পারে। অন্যান্য উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধী উপকরণ, যেমন মলিবডেনাম বা সিরামিক সামগ্রী যা পরিবেশের সাথে সহাবস্থান করতে পারে, যেখানে গলে যাওয়া দূষিত হওয়ার ঝুঁকি নেই সেখানে ব্যবহার করা যেতে পারে। যাইহোক, অক্সাইড সিরামিকগুলি সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফাইট সামগ্রীতে তাদের প্রযোজ্যতা সীমিত, এবং যদি নিরোধক প্রয়োজন হয় তবে আরও কয়েকটি বিকল্প রয়েছে। একটি হল হেক্সাগোনাল বোরন নাইট্রাইড (কখনও কখনও একই বৈশিষ্ট্যের কারণে সাদা গ্রাফাইট বলা হয়), কিন্তু যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি দুর্বল। মলিবডেনাম সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রার পরিস্থিতির জন্য যুক্তিসঙ্গতভাবে ব্যবহার করা হয় কারণ এর মাঝারি খরচ, সিলিকন স্ফটিকের কম প্রসারণ হার এবং প্রায় 5×108 এর একটি খুব কম সেগ্রিগেশন সহগ, যা স্ফটিক গঠনকে ধ্বংস করার আগে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ মলিবডেনাম দূষণের অনুমতি দেয়।

2. তাপ নিরোধক উপকরণ

সর্বাধিক ব্যবহৃত নিরোধক উপাদান হল কার্বন বিভিন্ন আকারে অনুভূত। কার্বন অনুভূত পাতলা ফাইবার দিয়ে তৈরি, যা নিরোধক হিসাবে কাজ করে কারণ তারা অল্প দূরত্বে একাধিকবার তাপীয় বিকিরণকে ব্লক করে। নরম কার্বন অনুভূত উপাদানের তুলনামূলকভাবে পাতলা শীটে বোনা হয়, যা তারপর পছন্দসই আকারে কাটা হয় এবং একটি যুক্তিসঙ্গত ব্যাসার্ধে শক্তভাবে বাঁকানো হয়। নিরাময় করা অনুরূপ ফাইবার উপাদানগুলির সমন্বয়ে গঠিত এবং একটি কার্বন-ধারণকারী বাইন্ডার ব্যবহার করা হয় বিচ্ছুরিত তন্তুগুলিকে আরও শক্ত এবং আকৃতির বস্তুতে সংযুক্ত করতে। বাইন্ডারের পরিবর্তে কার্বনের রাসায়নিক বাষ্প জমার ব্যবহার উপাদানটির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে।

সাধারণত, তাপ নিরোধক নিরাময়ের বাইরের পৃষ্ঠটি ক্ষয় এবং পরিধান কমানোর পাশাপাশি কণা দূষণ কমাতে একটি অবিচ্ছিন্ন গ্রাফাইট আবরণ বা ফয়েল দিয়ে লেপা হয়। অন্যান্য ধরণের কার্বন-ভিত্তিক তাপ নিরোধক উপকরণও বিদ্যমান, যেমন কার্বন ফেনা। সাধারণভাবে, গ্রাফিটাইজড সামগ্রীগুলি স্পষ্টতই পছন্দ করা হয় কারণ গ্রাফিটাইজেশন ফাইবারের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। এই উচ্চ-পৃষ্ঠ-অঞ্চলের উপাদানগুলির আউটগ্যাসিং ব্যাপকভাবে হ্রাস পেয়েছে এবং চুল্লিটিকে একটি উপযুক্ত ভ্যাকুয়ামে পাম্প করতে কম সময় লাগে। আরেকটি হল C/C যৌগিক উপাদান, যার অসামান্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেমন হালকা ওজন, উচ্চ ক্ষতি সহনশীলতা এবং উচ্চ শক্তি। গ্রাফাইট অংশগুলি প্রতিস্থাপনের জন্য তাপীয় ক্ষেত্রে ব্যবহৃত গ্রাফাইট অংশগুলি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, মনোক্রিস্টালাইন গুণমান এবং উত্পাদন স্থিতিশীলতা উন্নত করে।

কাঁচামালের শ্রেণিবিন্যাস অনুসারে, কার্বন অনুভূতকে পলিঅ্যাক্রিলোনিট্রিল-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত, ভিসকোস-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত এবং পিচ-ভিত্তিক কার্বন অনুভূতে বিভক্ত করা যেতে পারে।
Polyacrylonitrile-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত একটি বড় ছাই উপাদান আছে. উচ্চ-তাপমাত্রার চিকিত্সার পরে, একক ফাইবার ভঙ্গুর হয়ে যায়। অপারেশন চলাকালীন, চুল্লি পরিবেশকে দূষিত করার জন্য ধুলো তৈরি করা সহজ। একই সময়ে, ফাইবার সহজেই মানবদেহের ছিদ্র এবং শ্বাসতন্ত্রে প্রবেশ করতে পারে, যা মানব স্বাস্থ্যের জন্য ক্ষতিকারক। ভিসকস-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত ভাল তাপ নিরোধক কর্মক্ষমতা আছে. তাপ চিকিত্সার পরে এটি তুলনামূলকভাবে নরম এবং ধুলো তৈরি করা সহজ নয়। যাইহোক, ভিসকস-ভিত্তিক কাঁচা ফাইবারের ক্রস-সেকশনটি অনিয়মিত এবং ফাইবারের পৃষ্ঠে অনেকগুলি খাঁজ রয়েছে। সিজেড সিলিকন ফার্নেসের অক্সিডাইজিং বায়ুমণ্ডলের অধীনে C02-এর মতো গ্যাস তৈরি করা সহজ, যার ফলে একরঙা সিলিকন উপাদানে অক্সিজেন এবং কার্বন উপাদানের বৃষ্টিপাত ঘটায়। প্রধান নির্মাতাদের মধ্যে রয়েছে জার্মান এসজিএল এবং অন্যান্য কোম্পানি। বর্তমানে, সেমিকন্ডাক্টর মনোক্রিস্টালাইন শিল্পে সর্বাধিক ব্যবহৃত হয় পিচ-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত, যার ভিসকোস-ভিত্তিক কার্বন অনুভূতের চেয়ে খারাপ তাপ নিরোধক কার্যকারিতা রয়েছে, তবে পিচ-ভিত্তিক কার্বন অনুভূতের উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং কম ধুলো নির্গমন রয়েছে। নির্মাতাদের মধ্যে রয়েছে জাপানের কুরেহা কেমিক্যাল এবং ওসাকা গ্যাস।
কারণ কার্বন অনুভূতের আকৃতি স্থির নয়, এটি পরিচালনা করা অসুবিধাজনক। এখন অনেক কোম্পানি কার্বন অনুভূত-নিরাময় কার্বন অনুভূত উপর ভিত্তি করে একটি নতুন তাপ নিরোধক উপাদান তৈরি করেছে. নিরাময় করা কার্বন অনুভূত, যাকে হার্ড অনুভূতও বলা হয়, নরম অনুভূত রজন, স্তরিত, নিরাময় এবং কার্বনাইজড দ্বারা গর্ভধারণের পরে একটি নির্দিষ্ট আকৃতি এবং স্ব-টেকসই বৈশিষ্ট্য সহ একটি কার্বন অনুভূত হয়।

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধির গুণমান সরাসরি তাপীয় পরিবেশ দ্বারা প্রভাবিত হয় এবং কার্বন ফাইবার তাপ নিরোধক উপাদানগুলি এই পরিবেশে মূল ভূমিকা পালন করে। কার্বন ফাইবার তাপ নিরোধক নরম অনুভূত এখনও তার খরচ সুবিধা, চমৎকার তাপ নিরোধক প্রভাব, নমনীয় নকশা এবং কাস্টমাইজযোগ্য আকৃতির কারণে ফটোভোলটাইক সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে একটি উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে। উপরন্তু, কার্বন ফাইবার হার্ড তাপ নিরোধক অনুভূত তার নির্দিষ্ট শক্তি এবং উচ্চ অপারেবিলিটি কারণে তাপ ক্ষেত্রের উপাদান বাজারে বৃহত্তর উন্নয়ন স্থান থাকবে. আমরা তাপ নিরোধক উপকরণের ক্ষেত্রে গবেষণা এবং উন্নয়নের জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ, এবং ফটোভোলটাইক সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের সমৃদ্ধি এবং উন্নয়নের জন্য ক্রমাগত পণ্যের কার্যকারিতা অপ্টিমাইজ করি।