Monokristallilise räni kasvuprotsess viiakse täielikult läbi soojusväljas. Hea soojusväli aitab parandada kristallide kvaliteeti ja sellel on suurem kristalliseerumisefektiivsus. Soojusvälja konstruktsioon määrab suuresti temperatuurigradientide muutused dünaamilises soojusväljas ja gaasi voolu ahjukambris. Soojusväljas kasutatavate materjalide erinevus määrab otseselt soojusvälja kasutusea. Ebamõistlik soojusväli ei ole mitte ainult keeruline kvaliteedinõuetele vastavate kristallide kasvatamiseks, vaid ka teatud protsessinõuete kohaselt ei saa see täielikult monokristalliliseks kasvada. Seetõttu peab monokristallilise räni otsetõmbetööstus soojusväljade disaini kõige põhilisemaks tehnoloogiaks ning investeerib soojusväljade uurimis- ja arendustegevusse tohutult tööjõudu ja materiaalseid ressursse.
Soojussüsteem koosneb erinevatest soojusvälja materjalidest. Tutvustame vaid lühidalt soojusväljas kasutatavaid materjale. Mis puudutab temperatuuri jaotust soojusväljas ja selle mõju kristallide tõmbamisele, siis me seda siin ei analüüsi. Soojusvälja materjal viitab kristallide kasvu vaakumahju kambri struktuurile ja soojusisolatsiooniosale, mis on oluline sobiva temperatuurijaotuse loomiseks pooljuhtide sulatise ja kristalli ümber.
1. Soojusvälja struktuuri materjal
Monokristallilise räni kasvatamise otsetõmbemeetodi põhiliseks tugimaterjaliks on kõrge puhtusastmega grafiit. Grafiitmaterjalid mängivad kaasaegses tööstuses väga olulist rolli. Neid saab kasutada soojusvälja konstruktsioonikomponentidena naguküttekehad, juhttorud, tiiglid, isolatsioonitorud, tiiglialused jne monokristallilise räni valmistamisel Czochralski meetodil.
Grafiitmaterjalidon valitud, kuna neid on lihtne suurtes kogustes valmistada, töödelda ja need on vastupidavad kõrgetele temperatuuridele. Teemanti või grafiidi kujul oleval süsinikul on kõrgem sulamistemperatuur kui mis tahes elemendil või ühendil. Grafiitmaterjalid on üsna tugevad, eriti kõrgetel temperatuuridel, samuti on nende elektri- ja soojusjuhtivus üsna hea. Selle elektrijuhtivus muudab selle sobivaks aküttekehamaterjalist. Sellel on rahuldav soojusjuhtivuse koefitsient, mis võimaldab küttekeha tekitatud soojuse ühtlaselt jaotada tiiglisse ja muudesse soojusvälja osadesse. Kuid kõrgel temperatuuril, eriti pikkade vahemaade korral, on peamine soojusülekande režiim kiirgus.
Grafiitdetailid valmistatakse algselt peentest süsinikku sisaldavatest osakestest, mis on segatud sideainega ja moodustatud ekstrusiooni või isostaatilise pressimise teel. Kvaliteetsed grafiitdetailid pressitakse tavaliselt isostaatiliselt. Kogu tükk esmalt karboniseeritakse ja seejärel grafitiseeritakse väga kõrgel temperatuuril, 3000°C lähedal. Nendest tervetest tükkidest töödeldud osad puhastatakse tavaliselt kloori sisaldavas atmosfääris kõrgel temperatuuril, et eemaldada metallist saastumine, et vastata pooljuhtide tööstuse nõuetele. Kuid isegi pärast korralikku puhastamist on metalli saastatuse tase mitu suurusjärku kõrgem kui monokristalliliste räni materjalide puhul lubatud. Seetõttu tuleb soojusvälja projekteerimisel olla ettevaatlik, et vältida nende komponentide saastumist sulatise või kristalli pinnale.
Grafiitmaterjalid on kergelt läbilaskvad, mistõttu on sees oleval metallil lihtne pinnale jõuda. Lisaks võib grafiitpinda ümbritsevas puhastusgaasis sisalduv ränimonooksiid tungida enamikesse materjalidesse ja reageerida.
Varased monokristallilised räni ahjukütteseadmed valmistati tulekindlatest metallidest, nagu volfram ja molübdeen. Grafiidi töötlemise tehnoloogia kasvava küpsusastmega on grafiidikomponentide vahelise ühenduse elektrilised omadused muutunud stabiilseks ning monokristallilised räniahju kütteseadmed on täielikult asendanud volframi, molübdeeni ja muude materjalide küttekehad. Praegu on kõige laialdasemalt kasutatav grafiitmaterjal isostaatiline grafiit. minu riigi isostaatilise grafiidi valmistamise tehnoloogia on suhteliselt mahajäänud ja enamik kodumaises fotogalvaanilises tööstuses kasutatavatest grafiitmaterjalidest imporditakse välismaalt. Välismaiste isostaatilise grafiidi tootjate hulka kuuluvad peamiselt Saksamaa SGL, Jaapani Tokai Carbon, Jaapani Toyo Tanso jne. Czochralski monokristallilistes räniahjudes kasutatakse mõnikord C/C komposiitmaterjale ning neid on hakatud kasutama poltide, mutrite, tiiglite, koormuse tootmiseks. plaadid ja muud komponendid. Süsinik/süsinik (C/C) komposiidid on süsinikkiuga tugevdatud süsinikupõhised komposiidid, millel on rida suurepäraseid omadusi, nagu kõrge eritugevus, kõrge erimoodul, madal soojuspaisumistegur, hea elektrijuhtivus, suur purunemiskindlus, madal erikaal, termilise šoki vastupidavus, korrosioonikindlus ja kõrge temperatuurikindlus. Praegu kasutatakse neid laialdaselt lennunduses, võidusõidus, biomaterjalides ja muudes valdkondades uute kõrge temperatuurikindlate konstruktsioonimaterjalidena. Praegu on kodumaiste C/C komposiitide peamised kitsaskohad endiselt kulu- ja industrialiseerimisprobleemid.
Soojusväljade valmistamiseks kasutatakse palju muid materjale. Süsinikkiuga tugevdatud grafiidil on paremad mehaanilised omadused; kuid see on kallim ja sellel on disainile muud nõuded.Ränikarbiid (SiC)on mitmes aspektis parem materjal kui grafiit, kuid suuremahuliste detailide valmistamine on palju kallim ja keerulisem. Kuid SiC kasutatakse sageli aCVD kateet pikendada söövitava ränimonooksiidigaasiga kokkupuutuvate grafiidiosade eluiga ja vähendada grafiidist tulenevat saastumist. Tihe CVD ränikarbiidkate takistab tõhusalt mikropoorse grafiitmaterjali sees olevate saasteainete pinnale jõudmist.
Teine on CVD-süsinik, mis võib samuti moodustada grafiidiosa kohal tiheda kihi. Muid kõrgele temperatuurile vastupidavaid materjale, näiteks molübdeeni või keraamilisi materjale, mis võivad keskkonnaga koos eksisteerida, võib kasutada seal, kus puudub sulatise saastumise oht. Siiski on oksiidkeraamika kasutatavus kõrgetel temperatuuridel grafiitmaterjalide puhul üldiselt piiratud ja isolatsiooni vajaduse korral on vähe muid võimalusi. Üks on kuusnurkne boornitriid (mida nimetatakse mõnikord ka valgeks grafiidiks sarnaste omaduste tõttu), kuid mehaanilised omadused on kehvad. Molübdeeni kasutatakse üldiselt mõistlikult kõrge temperatuuriga olukordades, kuna see on mõõdukas hind, ränikristallides on madal difusioonikiirus ja väga madal eralduskoefitsient (umbes 5 × 108), mis võimaldab enne kristallstruktuuri hävitamist teatud koguses molübdeeni saastumist.
2. Soojusisolatsioonimaterjalid
Enimkasutatav isolatsioonimaterjal on mitmesugusel kujul süsinikvilt. Süsinikvilt on valmistatud õhukestest kiududest, mis toimivad isolatsioonina, kuna blokeerivad soojuskiirgust mitu korda lühikese vahemaa tagant. Pehme süsiniku vildist on kootud suhteliselt õhukesed materjalilehed, mis seejärel lõigatakse soovitud kuju ja painutatakse tihedalt mõistliku raadiusega. Kõvenenud vildid koosnevad sarnastest kiudmaterjalidest ning hajutatud kiudude ühendamiseks tahkemaks ja kujukamaks esemeks kasutatakse süsinikku sisaldavat sideainet. Sideaine asemel süsiniku keemilise aurustamise-sadestamise kasutamine võib parandada materjali mehaanilisi omadusi.
Tavaliselt kaetakse soojusisolatsiooni kõvendusvildi välispind pideva grafiitkatte või fooliumiga, et vähendada erosiooni ja kulumist ning tahkete osakeste saastumist. Samuti on olemas muud tüüpi süsinikupõhised soojusisolatsioonimaterjalid, näiteks süsinikvaht. Üldiselt eelistatakse ilmselgelt grafitiseeritud materjale, kuna grafitiseerimine vähendab oluliselt kiu pindala. Nende suure pinnaga materjalide gaasieraldus väheneb oluliselt ja ahju sobivasse vaakumisse pumpamiseks kulub vähem aega. Teine on C/C komposiitmaterjal, millel on sellised silmapaistvad omadused nagu kerge kaal, kõrge kahjustustaluvus ja kõrge tugevus. Kasutatakse termilistes väljades grafiitdetailide asendamiseks, vähendab oluliselt grafiitdetailide vahetamise sagedust, parandab monokristalli kvaliteeti ja tootmise stabiilsust.
Tooraine klassifikatsiooni järgi võib süsinikvildi jagada polüakrüülnitriilipõhiseks süsinikvildiks, viskoosipõhiseks süsinikvildiks ja pigipõhiseks süsinikvildiks.
Polüakrüülnitriilil põhinev süsinikvild on suure tuhasisaldusega. Pärast töötlemist kõrgel temperatuuril muutub üksik kiud rabedaks. Töötamise ajal on lihtne tekitada tolmu, mis saastab ahju keskkonda. Samas võib kiud kergesti sattuda inimkeha pooridesse ja hingamisteedesse, mis on kahjulik inimese tervisele. Viskoosipõhisel süsinikviltil on hea soojusisolatsioonivõime. See on pärast kuumtöötlemist suhteliselt pehme ja sellest ei ole kerge tolmu tekitada. Viskoosipõhise toorkiu ristlõige on aga ebakorrapärane ja kiu pinnal on palju sooni. CZ-ränahju oksüdeerivas atmosfääris on lihtne tekitada gaase nagu C02, mis põhjustab monokristallilises ränimaterjalis hapniku ja süsiniku elementide sadestumist. Peamised tootjad on Saksa SGL ja teised ettevõtted. Praegu on pooljuhtide monokristallilises tööstuses kõige laialdasemalt kasutatav pigipõhine süsinikvilt, mille soojusisolatsiooniomadused on halvemad kui viskoosipõhisel süsinikvildil, kuid pigipõhisel süsinikvildil on kõrgem puhtusaste ja väiksem tolmuemissioon. Tootjate hulka kuuluvad Jaapani Kureha Chemical ja Osaka Gas.
Kuna süsinikvildi kuju ei ole fikseeritud, on selle kasutamine ebamugav. Nüüd on paljud ettevõtted välja töötanud uue soojusisolatsioonimaterjali, mis põhineb süsinikvildiga kõvendatud süsinikvildil. Kõva vilt, mida nimetatakse ka kõvaks vildiks, on süsiniku vilt, millel on teatud kuju ja isemajandav omadus pärast seda, kui pehme vilt on vaiguga immutatud, lamineeritud, kõvendatud ja karboniseeritud.
Monokristallilise räni kasvukvaliteeti mõjutab otseselt soojuskeskkond ja süsinikkiust soojusisolatsioonimaterjalid mängivad selles keskkonnas võtmerolli. Süsinikkiust soojusisolatsiooni pehmel vildil on fotogalvaaniliste pooljuhtide tööstuses endiselt oluline eelis tänu oma kulueelisele, suurepärasele soojusisolatsiooniefektile, paindlikule disainile ja kohandatavale kujule. Lisaks on süsinikkiust kõva soojusisolatsioonivildi teatud tugevuse ja parema töövõime tõttu soojusvälja materjalide turul suurem arendusruum. Oleme pühendunud soojusisolatsioonimaterjalide valdkonna teadus- ja arendustegevusele ning pidevalt optimeerime toote jõudlust, et edendada fotogalvaaniliste pooljuhtide tööstuse õitsengut ja arengut.
Postitusaeg: juuni-12-2024