Vækstprocessen af monokrystallinsk silicium udføres fuldstændigt i det termiske felt. Et godt termisk felt er befordrende for at forbedre kvaliteten af krystaller og har en højere krystallisationseffektivitet. Udformningen af det termiske felt bestemmer i høj grad ændringerne i temperaturgradienter i det dynamiske termiske felt og strømmen af gas i ovnkammeret. Forskellen i de anvendte materialer i det termiske felt bestemmer direkte levetiden for det termiske felt. Et urimeligt termisk felt er ikke kun vanskeligt at dyrke krystaller, der opfylder kvalitetskrav, men kan heller ikke dyrke fuldstændig monokrystallinsk under visse proceskrav. Dette er grunden til, at den monokrystallinske siliciumindustri med direkte træk betragter termisk feltdesign som den mest kerneteknologi og investerer enorme arbejdskraft og materielle ressourcer i termisk feltforskning og -udvikling.
Det termiske system er sammensat af forskellige termiske feltmaterialer. Vi introducerer kun kort de materialer, der anvendes i det termiske område. Hvad angår temperaturfordelingen i det termiske felt og dens indvirkning på krystaltræk, vil vi ikke analysere det her. Det termiske feltmateriale refererer til strukturen og den termiske isoleringsdel i vakuumovnskammeret for krystalvækst, hvilket er afgørende for at skabe en passende temperaturfordeling omkring halvledersmelten og krystal.
1. Termisk feltstrukturmateriale
Det grundlæggende støttemateriale til direkte-pull-metoden til at dyrke monokrystallinsk silicium er grafit med høj renhed. Grafitmaterialer spiller en meget vigtig rolle i moderne industri. De kan bruges som varmefelts strukturelle komponenter som f.eksvarmelegemer, styrerør, digler, isoleringsrør, digelbakker osv. ved fremstilling af monokrystallinsk silicium ved Czochralski-metoden.
Grafitmaterialerer udvalgt, fordi de er nemme at tilberede i store mængder, kan forarbejdes og er modstandsdygtige over for høje temperaturer. Kulstof i form af diamant eller grafit har et højere smeltepunkt end noget element eller forbindelse. Grafitmaterialer er ret stærke, især ved høje temperaturer, og deres elektriske og termiske ledningsevne er også ret god. Dens elektriske ledningsevne gør den velegnet som envarmeapparatmateriale. Den har en tilfredsstillende varmeledningskoefficient, som tillader varmen, der genereres af varmeren, at blive jævnt fordelt til diglen og andre dele af varmefeltet. Men ved høje temperaturer, især over lange afstande, er den primære varmeoverførselstilstand stråling.
Grafitdele er oprindeligt lavet af fine kulstofholdige partikler blandet med et bindemiddel og dannet ved ekstrudering eller isostatisk presning. Grafitdele af høj kvalitet presses normalt isostatisk. Hele stykket carboniseres først og grafitiseres derefter ved meget høje temperaturer, tæt på 3000°C. De dele, der behandles fra disse hele stykker, renses sædvanligvis i en klorholdig atmosfære ved høje temperaturer for at fjerne metalforurening for at opfylde kravene i halvlederindustrien. Men selv efter korrekt oprensning er niveauet af metalforurening adskillige størrelsesordener højere end det, der er tilladt for monokrystallinske siliciummaterialer. Derfor skal der udvises forsigtighed i det termiske feltdesign for at forhindre forurening af disse komponenter i at trænge ind i smelte- eller krystaloverfladen.
Grafitmaterialer er let gennemtrængelige, hvilket gør det let for det resterende metal indeni at nå overfladen. Derudover kan siliciummonoxidet, der er til stede i rensegassen omkring grafitoverfladen, trænge ind i de fleste materialer og reagere.
Tidlige monokrystallinske siliciumovne var lavet af ildfaste metaller såsom wolfram og molybdæn. Med den stigende modenhed af grafitbehandlingsteknologi er de elektriske egenskaber af forbindelsen mellem grafitkomponenter blevet stabile, og monokrystallinske siliciumovnvarmere har fuldstændig erstattet wolfram, molybdæn og andre materialevarmere. På nuværende tidspunkt er det mest udbredte grafitmateriale isostatisk grafit. mit lands isostatiske grafitpræpareringsteknologi er relativt tilbagestående, og de fleste af de grafitmaterialer, der bruges i den indenlandske solcelleindustri, er importeret fra udlandet. Udenlandske producenter af isostatisk grafit omfatter hovedsageligt Tysklands SGL, Japans Tokai Carbon, Japans Toyo Tanso osv. I Czochralski monokrystallinske siliciumovne bruges nogle gange C/C kompositmaterialer, og de er begyndt at blive brugt til at fremstille bolte, møtrikker, digler, belastning plader og andre komponenter. Kulstof/kulstof (C/C) kompositter er kulfiberforstærkede kulstofbaserede kompositter med en række fremragende egenskaber såsom høj specifik styrke, højt specifikt modul, lav termisk udvidelseskoefficient, god elektrisk ledningsevne, høj brudsejhed, lav vægtfylde, termisk stødbestandighed, korrosionsbestandighed og høj temperaturbestandighed. På nuværende tidspunkt er de meget udbredt i rumfart, racing, biomaterialer og andre områder som nye højtemperaturbestandige strukturelle materialer. På nuværende tidspunkt er de største flaskehalse, som indenlandske C/C-kompositter støder på, stadig omkostninger og industrialiseringsproblemer.
Der er mange andre materialer, der bruges til at lave termiske felter. Kulfiberforstærket grafit har bedre mekaniske egenskaber; men det er dyrere og har andre krav til design.Siliciumcarbid (SiC)er et bedre materiale end grafit i mange aspekter, men det er meget dyrere og vanskeligt at fremstille store dele. SiC bruges dog ofte som enCVD belægningat øge levetiden af grafitdele, der udsættes for ætsende siliciummonoxidgas, og kan også reducere forurening fra grafit. Den tætte CVD-siliciumcarbidbelægning forhindrer effektivt forurenende stoffer inde i det mikroporøse grafitmateriale i at nå overfladen.
En anden er CVD carbon, som også kan danne et tæt lag over grafitdelen. Andre højtemperaturbestandige materialer, såsom molybdæn eller keramiske materialer, der kan eksistere side om side med miljøet, kan anvendes, hvor der ikke er risiko for at forurene smelten. Imidlertid er oxidkeramik generelt begrænset i deres anvendelighed til grafitmaterialer ved høje temperaturer, og der er få andre muligheder, hvis isolering er påkrævet. Den ene er hexagonal bornitrid (nogle gange kaldet hvid grafit på grund af lignende egenskaber), men de mekaniske egenskaber er dårlige. Molybdæn bruges generelt rimeligt til situationer med høje temperaturer på grund af dets moderate omkostninger, lave diffusionshastighed i siliciumkrystaller og en meget lav segregationskoefficient på omkring 5×108, hvilket tillader en vis mængde molybdænforurening før ødelæggelse af krystalstrukturen.
2. Termiske isoleringsmaterialer
Det mest brugte isoleringsmateriale er kulfilt i forskellige former. Kulfilt er lavet af tynde fibre, som fungerer som isolering, fordi de blokerer for termisk stråling flere gange over en kort afstand. Den bløde kulfilt er vævet ind i relativt tynde plader af materiale, som derefter skæres i den ønskede form og bøjes stramt til en rimelig radius. Hærdet filt er sammensat af lignende fibermaterialer, og et kulstofholdigt bindemiddel bruges til at forbinde de spredte fibre til en mere solid og formet genstand. Brugen af kemisk dampaflejring af kulstof i stedet for et bindemiddel kan forbedre materialets mekaniske egenskaber.
Typisk er den ydre overflade af den termiske isoleringshærdende filt belagt med en kontinuerlig grafitbelægning eller -folie for at reducere erosion og slid samt partikelforurening. Der findes også andre typer kulstofbaserede termiske isoleringsmaterialer, såsom kulstofskum. Generelt foretrækkes grafitiserede materialer naturligvis, fordi grafitisering i høj grad reducerer fiberens overfladeareal. Udgasningen af disse materialer med stort overfladeareal reduceres kraftigt, og det tager kortere tid at pumpe ovnen til et passende vakuum. Et andet er C/C-kompositmateriale, som har fremragende egenskaber såsom let vægt, høj skadetolerance og høj styrke. Brugt i termiske områder til at udskifte grafitdele reducerer frekvensen af udskiftning af grafitdele markant, forbedrer monokrystallinsk kvalitet og produktionsstabilitet.
I henhold til råvareklassificeringen kan kulfilt opdeles i polyacrylonitrilbaseret kulfilt, viskosebaseret kulfilt og beg-baseret kulfilt.
Polyacrylonitril-baseret kulfilt har et stort askeindhold. Efter højtemperaturbehandling bliver den enkelte fiber skør. Under drift er det let at generere støv for at forurene ovnmiljøet. Samtidig kan fiberen nemt trænge ind i porerne og luftvejene i den menneskelige krop, hvilket er skadeligt for menneskers sundhed. Viskosebaseret kulfilt har god varmeisoleringsevne. Det er relativt blødt efter varmebehandling og er ikke nemt at generere støv. Tværsnittet af den viskosebaserede råfiber er dog uregelmæssig, og der er mange riller på fiberoverfladen. Det er let at generere gasser som C02 under den oxiderende atmosfære i CZ siliciumovnen, hvilket forårsager udfældning af oxygen og kulstofelementer i det monokrystallinske siliciummateriale. De vigtigste producenter omfatter tyske SGL og andre virksomheder. På nuværende tidspunkt er den mest udbredte i den monokrystallinske halvlederindustri pitch-baseret carbonfilt, som har dårligere termisk isoleringsevne end viskose-baseret carbonfilt, men pitch-baseret carbonfilt har en højere renhed og en lavere støvemission. Producenter omfatter Japans Kureha Chemical og Osaka Gas.
Fordi formen af kulfilt ikke er fast, er det ubelejligt at betjene. Nu har mange virksomheder udviklet et nyt varmeisoleringsmateriale baseret på kulfilthærdet kulfilt. Hærdet kulfilt, også kaldet hård filt, er en kulfilt med en bestemt form og selvbærende egenskab, efter at blød filt er imprægneret med harpiks, lamineret, hærdet og forkullet.
Vækstkvaliteten af monokrystallinsk silicium påvirkes direkte af det termiske miljø, og kulfiber termiske isoleringsmaterialer spiller en nøglerolle i dette miljø. Kulfiber termisk isolering blød filt har stadig en betydelig fordel i den fotovoltaiske halvlederindustri på grund af dens omkostningsfordele, fremragende termiske isoleringseffekt, fleksible design og tilpassede form. Derudover vil kulfiber hårdt termisk isoleringsfilt have større udviklingsplads på markedet for termiske feltmaterialer på grund af dets visse styrke og højere funktionsevne. Vi er forpligtet til forskning og udvikling inden for termiske isoleringsmaterialer og optimerer løbende produktets ydeevne for at fremme velstanden og udviklingen af den fotovoltaiske halvlederindustri.
Indlægstid: 12-jun-2024