મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન વૃદ્ધિની ગુણવત્તા નક્કી કરતી મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી - થર્મલ ક્ષેત્ર

મોનોક્રિસ્ટાલિન સિલિકોનની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા થર્મલ ક્ષેત્રમાં સંપૂર્ણપણે હાથ ધરવામાં આવે છે. એક સારું થર્મલ ક્ષેત્ર સ્ફટિકોની ગુણવત્તા સુધારવા માટે અનુકૂળ છે અને ઉચ્ચ સ્ફટિકીકરણ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. થર્મલ ફિલ્ડની ડિઝાઇન મોટાભાગે ડાયનેમિક થર્મલ ફિલ્ડમાં તાપમાનના ઢાળમાં થતા ફેરફારો અને ફર્નેસ ચેમ્બરમાં ગેસના પ્રવાહને નિર્ધારિત કરે છે. થર્મલ ફિલ્ડમાં વપરાતી સામગ્રીમાં તફાવત સીધા જ થર્મલ ફિલ્ડની સર્વિસ લાઇફ નક્કી કરે છે. ગેરવાજબી થર્મલ ક્ષેત્ર માત્ર ગુણવત્તાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરતા સ્ફટિકો ઉગાડવાનું મુશ્કેલ નથી, પરંતુ ચોક્કસ પ્રક્રિયા આવશ્યકતાઓ હેઠળ સંપૂર્ણ મોનોક્રિસ્ટાલિન પણ ઉગાડી શકતું નથી. આ કારણે જ ડાયરેક્ટ-પુલ મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ઉદ્યોગ થર્મલ ફિલ્ડ ડિઝાઇનને સૌથી કોર ટેક્નોલોજી ગણે છે અને થર્મલ ફિલ્ડ રિસર્ચ અને ડેવલપમેન્ટમાં વિશાળ માનવશક્તિ અને ભૌતિક સંસાધનોનું રોકાણ કરે છે.

થર્મલ સિસ્ટમ વિવિધ થર્મલ ફીલ્ડ સામગ્રીઓથી બનેલી છે. અમે માત્ર થર્મલ ક્ષેત્રમાં વપરાતી સામગ્રીનો સંક્ષિપ્તમાં પરિચય આપીએ છીએ. થર્મલ ક્ષેત્રમાં તાપમાનના વિતરણ અને ક્રિસ્ટલ ખેંચવા પર તેની અસર વિશે, અમે અહીં તેનું વિશ્લેષણ કરીશું નહીં. થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ એ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથના વેક્યૂમ ફર્નેસ ચેમ્બરમાં સ્ટ્રક્ચર અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન ભાગનો સંદર્ભ આપે છે, જે સેમિકન્ડક્ટર મેલ્ટ અને ક્રિસ્ટલની આસપાસ યોગ્ય તાપમાન વિતરણ બનાવવા માટે જરૂરી છે.

1. થર્મલ ક્ષેત્ર માળખું સામગ્રી

મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ઉગાડવા માટે ડાયરેક્ટ-પુલ પદ્ધતિ માટે મૂળભૂત સહાયક સામગ્રી ઉચ્ચ શુદ્ધતા ગ્રેફાઇટ છે. આધુનિક ઉદ્યોગમાં ગ્રેફાઇટ સામગ્રી ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તેઓ જેમ કે ગરમી ક્ષેત્ર માળખાકીય ઘટકો તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છેહીટર, માર્ગદર્શિકા ટ્યુબ, ક્રુસિબલ્સ, ઇન્સ્યુલેશન ટ્યુબ, ક્રુસિબલ ટ્રે, વગેરે.

ગ્રેફાઇટ સામગ્રીપસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તેઓ મોટા જથ્થામાં તૈયાર કરવા માટે સરળ છે, પ્રક્રિયા કરી શકાય છે અને ઊંચા તાપમાને પ્રતિરોધક છે. હીરા અથવા ગ્રેફાઇટના રૂપમાં કાર્બન કોઈપણ તત્વ અથવા સંયોજન કરતાં વધુ ગલનબિંદુ ધરાવે છે. ગ્રેફાઇટ સામગ્રીઓ ખૂબ મજબૂત હોય છે, ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને, અને તેમની વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા પણ ઘણી સારી હોય છે. તેની વિદ્યુત વાહકતા તેને a તરીકે યોગ્ય બનાવે છેહીટરસામગ્રી તે સંતોષકારક થર્મલ વાહકતા ગુણાંક ધરાવે છે, જે હીટર દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમીને ક્રુસિબલ અને હીટ ફિલ્ડના અન્ય ભાગોમાં સમાનરૂપે વિતરિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. જો કે, ઊંચા તાપમાને, ખાસ કરીને લાંબા અંતર પર, મુખ્ય હીટ ટ્રાન્સફર મોડ એ રેડિયેશન છે.

ગ્રેફાઇટના ભાગો શરૂઆતમાં બાઈન્ડર સાથે મિશ્રિત ઝીણા કાર્બોનેસિયસ કણોથી બનેલા હોય છે અને એક્સ્ટ્રુઝન અથવા આઇસોસ્ટેટિક દબાવીને બને છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રેફાઇટ ભાગો સામાન્ય રીતે આઇસોસ્ટેટિકલી દબાવવામાં આવે છે. આખા ભાગને પહેલા કાર્બનાઇઝ્ડ કરવામાં આવે છે અને પછી 3000 ડિગ્રી સેલ્સિયસની નજીક ખૂબ ઊંચા તાપમાને ગ્રાફાઇટાઇઝ કરવામાં આવે છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા ધાતુના દૂષણને દૂર કરવા માટે આ આખા ટુકડાઓમાંથી પ્રક્રિયા કરાયેલા ભાગોને સામાન્ય રીતે ક્લોરિન ધરાવતા વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. જો કે, યોગ્ય શુદ્ધિકરણ પછી પણ, ધાતુના દૂષણનું સ્તર સિલિકોન મોનોક્રિસ્ટલાઇન મટિરિયલ્સ માટે મંજૂર કરતા ઘણા ક્રમની તીવ્રતાનું છે. તેથી, આ ઘટકોના દૂષણને મેલ્ટ અથવા સ્ફટિક સપાટીમાં પ્રવેશતા અટકાવવા માટે થર્મલ ફિલ્ડ ડિઝાઇનમાં કાળજી લેવી આવશ્યક છે.

ગ્રેફાઇટ સામગ્રી થોડી અભેદ્ય હોય છે, જે અંદરની બાકીની ધાતુને સપાટી સુધી પહોંચવામાં સરળ બનાવે છે. વધુમાં, ગ્રેફાઇટ સપાટીની આસપાસના શુદ્ધિકરણ ગેસમાં હાજર સિલિકોન મોનોક્સાઇડ મોટાભાગની સામગ્રીમાં પ્રવેશ કરી શકે છે અને પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે.

પ્રારંભિક મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ફર્નેસ હીટર ટંગસ્ટન અને મોલિબ્ડેનમ જેવી પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓથી બનેલા હતા. ગ્રેફાઇટ પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલૉજીની વધતી જતી પરિપક્વતા સાથે, ગ્રેફાઇટ ઘટકો વચ્ચેના જોડાણના વિદ્યુત ગુણધર્મો સ્થિર બન્યા છે, અને મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ફર્નેસ હીટર સંપૂર્ણપણે ટંગસ્ટન, મોલિબ્ડેનમ અને અન્ય સામગ્રી હીટરને બદલી નાખે છે. હાલમાં, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ગ્રેફાઇટ સામગ્રી આઇસોસ્ટેટિક ગ્રેફાઇટ છે. મારા દેશની આઇસોસ્ટેટિક ગ્રેફાઇટ તૈયારી તકનીક પ્રમાણમાં પછાત છે, અને સ્થાનિક ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગમાં વપરાતી મોટાભાગની ગ્રેફાઇટ સામગ્રી વિદેશમાંથી આયાત કરવામાં આવે છે. વિદેશી આઇસોસ્ટેટિક ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદકોમાં મુખ્યત્વે જર્મનીના SGL, જાપાનના ટોકાઈ કાર્બન, જાપાનના ટોયો ટેન્સો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. ઝોક્રાલસ્કી મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન ભઠ્ઠીઓમાં, સી/સી સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉપયોગ ક્યારેક થાય છે, અને તેનો ઉપયોગ બોલ્ટ, નટ્સ, લોડ, લોડ બનાવવા માટે થવા લાગ્યો છે. પ્લેટો અને અન્ય ઘટકો. કાર્બન/કાર્બન (C/C) સંયોજનો કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત કાર્બન-આધારિત સંયોજનો છે જેમ કે ઉચ્ચ વિશિષ્ટ શક્તિ, ઉચ્ચ વિશિષ્ટ મોડ્યુલસ, નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, સારી વિદ્યુત વાહકતા, ઉચ્ચ અસ્થિભંગની કઠિનતા, ઓછી વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ, થર્મલ આંચકો પ્રતિકાર, કાટ પ્રતિકાર, અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર. હાલમાં, તેઓ એરોસ્પેસ, રેસિંગ, બાયોમટિરિયલ્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં નવા ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિરોધક માળખાકીય સામગ્રી તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. હાલમાં, ઘરેલું C/C કમ્પોઝીટ દ્વારા આવતી મુખ્ય અડચણો હજુ પણ ખર્ચ અને ઔદ્યોગિકીકરણના મુદ્દાઓ છે.

થર્મલ ક્ષેત્રો બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી અન્ય ઘણી સામગ્રી છે. કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત ગ્રેફાઇટ વધુ સારી યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવે છે; પરંતુ તે વધુ ખર્ચાળ છે અને તેની ડિઝાઇન માટે અન્ય આવશ્યકતાઓ છે.સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)ઘણા પાસાઓમાં ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારી સામગ્રી છે, પરંતુ મોટા-વોલ્યુમ ભાગો તૈયાર કરવા તે વધુ ખર્ચાળ અને મુશ્કેલ છે. જો કે, SiC નો ઉપયોગ ઘણીવાર a તરીકે થાય છેસીવીડી કોટિંગકાટ લાગતા સિલિકોન મોનોક્સાઇડ ગેસના સંપર્કમાં આવતા ગ્રેફાઇટ ભાગોનું જીવન વધારવા માટે, અને ગ્રેફાઇટથી થતા દૂષણને પણ ઘટાડી શકે છે. ગાઢ CVD સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ અસરકારક રીતે માઇક્રોપોરસ ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની અંદરના દૂષણોને સપાટી પર પહોંચતા અટકાવે છે.

બીજું CVD કાર્બન છે, જે ગ્રેફાઇટના ભાગની ઉપર એક ગાઢ સ્તર પણ બનાવી શકે છે. અન્ય ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિરોધક સામગ્રીઓ, જેમ કે મોલીબડેનમ અથવા સિરામિક સામગ્રી કે જે પર્યાવરણ સાથે સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે, તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે જ્યાં ઓગળવાનું દૂષિત થવાનું જોખમ નથી. જો કે, ઓક્સાઇડ સિરામિક્સ સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાને ગ્રેફાઇટ સામગ્રી માટે તેમની લાગુ પડવાની ક્ષમતામાં મર્યાદિત હોય છે, અને જો ઇન્સ્યુલેશનની આવશ્યકતા હોય તો કેટલાક અન્ય વિકલ્પો છે. એક છે ષટ્કોણ બોરોન નાઈટ્રાઈડ (સમાન ગુણધર્મોને લીધે ક્યારેક સફેદ ગ્રેફાઈટ કહેવાય છે), પરંતુ યાંત્રિક ગુણધર્મો નબળા છે. મોલીબડેનમનો સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ તાપમાનની પરિસ્થિતિઓ માટે વ્યાજબી રીતે ઉપયોગ થાય છે કારણ કે તેની મધ્યમ કિંમત, સિલિકોન સ્ફટિકોમાં નીચા પ્રસરણ દર અને લગભગ 5×108 નું ખૂબ જ નીચું વિભાજન ગુણાંક, જે ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરને નષ્ટ કરતા પહેલા ચોક્કસ માત્રામાં મોલિબડેનમ દૂષણને મંજૂરી આપે છે.

2. થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી

સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી વિવિધ સ્વરૂપોમાં કાર્બન અનુભવાય છે. કાર્બન ફીલ પાતળા તંતુઓથી બનેલું હોય છે, જે ઇન્સ્યુલેશન તરીકે કામ કરે છે કારણ કે તેઓ થર્મલ રેડિયેશનને થોડા અંતરે ઘણી વખત અવરોધે છે. સોફ્ટ કાર્બન ફીલ સામગ્રીની પ્રમાણમાં પાતળી શીટમાં વણવામાં આવે છે, જે પછી ઇચ્છિત આકારમાં કાપવામાં આવે છે અને વાજબી ત્રિજ્યામાં ચુસ્તપણે વળે છે. ક્યોર્ડ ફીલ્ટ્સ સમાન ફાઇબર સામગ્રીઓથી બનેલા હોય છે, અને કાર્બન ધરાવતા બાઈન્ડરનો ઉપયોગ વિખરાયેલા તંતુઓને વધુ નક્કર અને આકારની વસ્તુમાં જોડવા માટે થાય છે. બાઈન્ડરને બદલે કાર્બનના રાસાયણિક વરાળના સંગ્રહનો ઉપયોગ સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે.

સામાન્ય રીતે, થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન ક્યોરિંગ ફીલની બાહ્ય સપાટી ધોવાણ અને વસ્ત્રો તેમજ કણોનું દૂષણ ઘટાડવા માટે સતત ગ્રેફાઇટ કોટિંગ અથવા ફોઇલ સાથે કોટેડ હોય છે. કાર્બન-આધારિત થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીના અન્ય પ્રકારો પણ અસ્તિત્વમાં છે, જેમ કે કાર્બન ફીણ. સામાન્ય રીતે, ગ્રાફિટાઇઝ્ડ સામગ્રીને સ્પષ્ટપણે પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે કારણ કે ગ્રાફિટાઇઝેશન ફાઇબરની સપાટીના વિસ્તારને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. આ ઉચ્ચ-સપાટી-વિસ્તાર સામગ્રીનું આઉટગેસિંગ ઘણું ઓછું થાય છે, અને ભઠ્ઠીને યોગ્ય વેક્યૂમમાં પંપ કરવામાં ઓછો સમય લે છે. બીજી C/C સંયુક્ત સામગ્રી છે, જે પ્રકાશ વજન, ઉચ્ચ નુકસાન સહનશીલતા અને ઉચ્ચ શક્તિ જેવી ઉત્કૃષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. ગ્રેફાઇટ ભાગોને બદલવા માટે થર્મલ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ગ્રેફાઇટ ભાગો બદલવાની આવર્તન નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, મોનોક્રિસ્ટલાઇન ગુણવત્તા અને ઉત્પાદન સ્થિરતા સુધારે છે.

કાચા માલના વર્ગીકરણ મુજબ, કાર્બન ફીલને પોલીએક્રાયલોનિટ્રીલ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ, વિસ્કોસ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ અને પીચ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.
પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડમાં મોટી રાખનું પ્રમાણ હોય છે. ઉચ્ચ-તાપમાનની સારવાર પછી, સિંગલ ફાઇબર બરડ બની જાય છે. ઓપરેશન દરમિયાન, ભઠ્ઠીના વાતાવરણને પ્રદૂષિત કરવા માટે ધૂળ પેદા કરવી સરળ છે. તે જ સમયે, ફાઇબર માનવ શરીરના છિદ્રો અને શ્વસન માર્ગમાં સરળતાથી પ્રવેશ કરી શકે છે, જે માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે હાનિકારક છે. વિસ્કોસ-આધારિત કાર્બન ફીલ સારી થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન કામગીરી ધરાવે છે. હીટ ટ્રીટમેન્ટ પછી તે પ્રમાણમાં નરમ હોય છે અને ધૂળ પેદા કરવી સરળ નથી. જો કે, વિસ્કોસ-આધારિત કાચા ફાઇબરનો ક્રોસ-સેક્શન અનિયમિત છે, અને ફાઇબરની સપાટી પર ઘણા ગ્રુવ્સ છે. સીઝેડ સિલિકોન ફર્નેસના ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણ હેઠળ C02 જેવા વાયુઓ ઉત્પન્ન કરવાનું સરળ છે, જેના કારણે મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન સામગ્રીમાં ઓક્સિજન અને કાર્બન તત્વોનો વરસાદ થાય છે. મુખ્ય ઉત્પાદકોમાં જર્મન એસજીએલ અને અન્ય કંપનીઓનો સમાવેશ થાય છે. હાલમાં, સેમિકન્ડક્ટર મોનોક્રિસ્ટલાઇન ઉદ્યોગમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પીચ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ટ છે, જે વિસ્કોસ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ કરતાં વધુ ખરાબ થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન કામગીરી ધરાવે છે, પરંતુ પીચ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ટ ઊંચી શુદ્ધતા અને ઓછી ધૂળ ઉત્સર્જન ધરાવે છે. ઉત્પાદકોમાં જાપાનની કુરેહા કેમિકલ અને ઓસાકા ગેસનો સમાવેશ થાય છે.
કારણ કે કાર્બન ફીલ્ડનો આકાર નિશ્ચિત નથી, તે ચલાવવામાં અસુવિધાજનક છે. હવે ઘણી કંપનીઓએ કાર્બન ફીલ્ટ-ક્યોર્ડ કાર્બન ફીલ્ટ પર આધારિત નવી થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી વિકસાવી છે. ક્યોર્ડ કાર્બન ફીલ, જેને હાર્ડ ફીલ પણ કહેવાય છે, સોફ્ટ ફીલને રેઝિન, લેમિનેટ, ક્યોર્ડ અને કાર્બોનાઇઝ્ડ સાથે ગર્ભિત કર્યા પછી ચોક્કસ આકાર અને સ્વ-ટકાઉ ગુણધર્મ સાથે અનુભવાયેલો કાર્બન છે.

મોનોક્રિસ્ટાલિન સિલિકોનની વૃદ્ધિ ગુણવત્તા થર્મલ વાતાવરણ દ્વારા સીધી અસર કરે છે, અને કાર્બન ફાઇબર થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી આ વાતાવરણમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. કાર્બન ફાઇબર થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સોફ્ટ ફીલ હજુ પણ ફોટોવોલ્ટેઇક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં તેના ખર્ચ લાભ, ઉત્તમ થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન અસર, લવચીક ડિઝાઇન અને કસ્ટમાઇઝ કરી શકાય તેવા આકારને કારણે નોંધપાત્ર ફાયદો ધરાવે છે. વધુમાં, કાર્બન ફાઇબર સખત થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન લાગ્યું તેની ચોક્કસ તાકાત અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાને કારણે થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ માર્કેટમાં વધુ વિકાસ સ્થાન હશે. અમે થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીના ક્ષેત્રમાં સંશોધન અને વિકાસ માટે પ્રતિબદ્ધ છીએ અને ફોટોવોલ્ટેઇક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગની સમૃદ્ધિ અને વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ઉત્પાદન પ્રદર્શનને સતત ઑપ્ટિમાઇઝ કરીએ છીએ.