महत्वपूर्ण सामग्रियां जो मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वृद्धि की गुणवत्ता निर्धारित करती हैं - थर्मल क्षेत्र

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की वृद्धि प्रक्रिया पूरी तरह से थर्मल क्षेत्र में की जाती है। एक अच्छा तापीय क्षेत्र क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार के लिए अनुकूल होता है और इसमें क्रिस्टलीकरण दक्षता अधिक होती है। तापीय क्षेत्र का डिज़ाइन मोटे तौर पर गतिशील तापीय क्षेत्र में तापमान प्रवणता और भट्ठी कक्ष में गैस के प्रवाह में परिवर्तन को निर्धारित करता है। थर्मल क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में अंतर सीधे थर्मल क्षेत्र की सेवा जीवन को निर्धारित करता है। एक अनुचित थर्मल क्षेत्र में न केवल गुणवत्ता की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले क्रिस्टल विकसित करना मुश्किल है, बल्कि कुछ प्रक्रिया आवश्यकताओं के तहत पूर्ण मोनोक्रिस्टलाइन भी विकसित नहीं किया जा सकता है। यही कारण है कि डायरेक्ट-पुल मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योग थर्मल फील्ड डिजाइन को सबसे मुख्य तकनीक मानता है और थर्मल फील्ड अनुसंधान और विकास में विशाल जनशक्ति और भौतिक संसाधनों का निवेश करता है।

तापीय प्रणाली विभिन्न तापीय क्षेत्र सामग्रियों से बनी है। हम केवल तापीय क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों का संक्षेप में परिचय देंगे। जहां तक ​​तापीय क्षेत्र में तापमान वितरण और क्रिस्टल खींचने पर इसके प्रभाव का सवाल है, हम यहां इसका विश्लेषण नहीं करेंगे। थर्मल फ़ील्ड सामग्री क्रिस्टल विकास के वैक्यूम भट्टी कक्ष में संरचना और थर्मल इन्सुलेशन भाग को संदर्भित करती है, जो अर्धचालक पिघल और क्रिस्टल के आसपास उचित तापमान वितरण बनाने के लिए आवश्यक है।

1. तापीय क्षेत्र संरचना सामग्री

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उगाने के लिए डायरेक्ट-पुल विधि के लिए मूल सहायक सामग्री उच्च शुद्धता वाला ग्रेफाइट है। आधुनिक उद्योग में ग्रेफाइट सामग्री बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इनका उपयोग ऊष्मा क्षेत्र संरचनात्मक घटकों जैसे कि के रूप में किया जा सकता हैहीटर, गाइड ट्यूब, क्रूसिबल, Czochralski विधि द्वारा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की तैयारी में इन्सुलेशन ट्यूब, क्रूसिबल ट्रे, आदि।

ग्रेफाइट सामग्रीइनका चयन इसलिए किया जाता है क्योंकि इन्हें बड़ी मात्रा में तैयार करना आसान होता है, इन्हें संसाधित किया जा सकता है और ये उच्च तापमान के प्रति प्रतिरोधी होते हैं। हीरे या ग्रेफाइट के रूप में कार्बन का गलनांक किसी भी तत्व या यौगिक से अधिक होता है। ग्रेफाइट सामग्री काफी मजबूत होती है, खासकर उच्च तापमान पर, और उनकी विद्युत और तापीय चालकता भी काफी अच्छी होती है। इसकी विद्युत चालकता इसे उपयुक्त बनाती हैहीटरसामग्री। इसमें एक संतोषजनक तापीय चालकता गुणांक है, जो हीटर द्वारा उत्पन्न गर्मी को क्रूसिबल और ताप क्षेत्र के अन्य भागों में समान रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। हालाँकि, उच्च तापमान पर, विशेष रूप से लंबी दूरी पर, मुख्य गर्मी हस्तांतरण मोड विकिरण है।

ग्रेफाइट के हिस्से शुरू में बाइंडर के साथ मिश्रित बारीक कार्बोनेसियस कणों से बने होते हैं और एक्सट्रूज़न या आइसोस्टैटिक दबाव से बनते हैं। उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट भागों को आमतौर पर आइसोस्टैटिक रूप से दबाया जाता है। पूरे टुकड़े को पहले कार्बोनाइज्ड किया जाता है और फिर 3000 डिग्री सेल्सियस के करीब, बहुत उच्च तापमान पर ग्रेफाइटाइज किया जाता है। सेमीकंडक्टर उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए धातु संदूषण को हटाने के लिए इन पूरे टुकड़ों से संसाधित भागों को आमतौर पर उच्च तापमान पर क्लोरीन युक्त वातावरण में शुद्ध किया जाता है। हालाँकि, उचित शुद्धिकरण के बाद भी, धातु संदूषण का स्तर सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन सामग्रियों के लिए अनुमत स्तर से कई गुना अधिक है। इसलिए, इन घटकों के संदूषण को पिघल या क्रिस्टल सतह में प्रवेश करने से रोकने के लिए थर्मल फ़ील्ड डिज़ाइन में सावधानी बरतनी चाहिए।

ग्रेफाइट सामग्री थोड़ी पारगम्य होती है, जिससे अंदर बची हुई धातु के लिए सतह तक पहुंचना आसान हो जाता है। इसके अलावा, ग्रेफाइट सतह के आसपास शुद्ध गैस में मौजूद सिलिकॉन मोनोऑक्साइड अधिकांश सामग्रियों में प्रवेश कर सकता है और प्रतिक्रिया कर सकता है।

शुरुआती मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर टंगस्टन और मोलिब्डेनम जैसी दुर्दम्य धातुओं से बने होते थे। ग्रेफाइट प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी की बढ़ती परिपक्वता के साथ, ग्रेफाइट घटकों के बीच कनेक्शन के विद्युत गुण स्थिर हो गए हैं, और मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर ने टंगस्टन, मोलिब्डेनम और अन्य सामग्री हीटरों को पूरी तरह से बदल दिया है। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली ग्रेफाइट सामग्री आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट है। मेरे देश की आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट तैयारी तकनीक अपेक्षाकृत पिछड़ी है, और घरेलू फोटोवोल्टिक उद्योग में उपयोग की जाने वाली अधिकांश ग्रेफाइट सामग्री विदेशों से आयात की जाती है। विदेशी आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट निर्माताओं में मुख्य रूप से जर्मनी के एसजीएल, जापान के टोकाई कार्बन, जापान के टोयो टैनसो आदि शामिल हैं। सीज़ोक्राल्स्की मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन भट्टियों में, सी/सी मिश्रित सामग्री का उपयोग कभी-कभी किया जाता है, और उनका उपयोग बोल्ट, नट, क्रूसिबल, लोड के निर्माण के लिए किया जाने लगा है। प्लेटें और अन्य घटक। कार्बन/कार्बन (सी/सी) कंपोजिट उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च विशिष्ट मापांक, कम थर्मल विस्तार गुणांक, अच्छी विद्युत चालकता, उच्च फ्रैक्चर कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण जैसे उत्कृष्ट गुणों की एक श्रृंखला के साथ कार्बन फाइबर प्रबलित कार्बन-आधारित कंपोजिट हैं। थर्मल शॉक प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, और उच्च तापमान प्रतिरोध। वर्तमान में, वे एयरोस्पेस, रेसिंग, बायोमटेरियल्स और अन्य क्षेत्रों में नए उच्च तापमान प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्रियों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। वर्तमान में, घरेलू सी/सी कंपोजिट के सामने आने वाली मुख्य बाधाएं अभी भी लागत और औद्योगीकरण के मुद्दे हैं।

तापीय क्षेत्र बनाने के लिए कई अन्य सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। कार्बन फाइबर प्रबलित ग्रेफाइट में बेहतर यांत्रिक गुण होते हैं; लेकिन यह अधिक महंगा है और डिजाइन के लिए इसकी अन्य आवश्यकताएं हैं।सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)कई पहलुओं में ग्रेफाइट से बेहतर सामग्री है, लेकिन बड़ी मात्रा में भागों को तैयार करना अधिक महंगा और कठिन है। हालाँकि, SiC का उपयोग अक्सर एक के रूप में किया जाता हैसीवीडी कोटिंगसंक्षारक सिलिकॉन मोनोऑक्साइड गैस के संपर्क में आने वाले ग्रेफाइट भागों के जीवन को बढ़ाने के लिए, और ग्रेफाइट से प्रदूषण को भी कम कर सकता है। घनी सीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग सूक्ष्म छिद्रित ग्रेफाइट सामग्री के अंदर के दूषित पदार्थों को सतह तक पहुंचने से प्रभावी ढंग से रोकती है।

दूसरा सीवीडी कार्बन है, जो ग्रेफाइट भाग के ऊपर एक घनी परत भी बना सकता है। अन्य उच्च तापमान प्रतिरोधी सामग्री, जैसे मोलिब्डेनम या सिरेमिक सामग्री जो पर्यावरण के साथ सह-अस्तित्व में रह सकती हैं, का उपयोग वहां किया जा सकता है जहां पिघल को दूषित करने का कोई खतरा नहीं है। हालाँकि, ऑक्साइड सिरेमिक आम तौर पर उच्च तापमान पर ग्रेफाइट सामग्री के लिए उनकी प्रयोज्यता में सीमित होते हैं, और यदि इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है तो कुछ अन्य विकल्प भी होते हैं। एक हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड है (समान गुणों के कारण कभी-कभी इसे सफेद ग्रेफाइट भी कहा जाता है), लेकिन यांत्रिक गुण खराब हैं। मोलिब्डेनम का उपयोग आमतौर पर उच्च तापमान स्थितियों के लिए उचित रूप से किया जाता है क्योंकि इसकी मध्यम लागत, सिलिकॉन क्रिस्टल में कम प्रसार दर और लगभग 5×108 का बहुत कम पृथक्करण गुणांक होता है, जो क्रिस्टल संरचना को नष्ट करने से पहले एक निश्चित मात्रा में मोलिब्डेनम संदूषण की अनुमति देता है।

2. थर्मल इन्सुलेशन सामग्री

विभिन्न रूपों में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली इन्सुलेशन सामग्री कार्बन फेल्ट है। कार्बन फेल्ट पतले रेशों से बना होता है, जो इन्सुलेशन के रूप में कार्य करता है क्योंकि वे कम दूरी पर थर्मल विकिरण को कई बार रोकते हैं। नरम कार्बन फेल्ट को सामग्री की अपेक्षाकृत पतली शीटों में बुना जाता है, जिन्हें फिर वांछित आकार में काटा जाता है और एक उचित दायरे में कसकर मोड़ दिया जाता है। ठीक किए गए फेल्ट समान फाइबर सामग्री से बने होते हैं, और बिखरे हुए फाइबर को अधिक ठोस और आकार की वस्तु में जोड़ने के लिए कार्बन युक्त बाइंडर का उपयोग किया जाता है। बाइंडर के बजाय कार्बन के रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग सामग्री के यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकता है।

आमतौर पर, थर्मल इंसुलेशन क्योरिंग फेल्ट की बाहरी सतह को कटाव और घिसाव के साथ-साथ कण संदूषण को कम करने के लिए निरंतर ग्रेफाइट कोटिंग या पन्नी के साथ लेपित किया जाता है। अन्य प्रकार की कार्बन-आधारित थर्मल इन्सुलेशन सामग्री भी मौजूद हैं, जैसे कार्बन फोम। सामान्य तौर पर, ग्रेफाइटाइज्ड सामग्रियों को स्पष्ट रूप से प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि ग्रेफाइटाइजेशन फाइबर के सतह क्षेत्र को बहुत कम कर देता है। इन उच्च-सतह-क्षेत्र सामग्रियों का निकास बहुत कम हो जाता है, और भट्ठी को उपयुक्त वैक्यूम में पंप करने में कम समय लगता है। दूसरी सी/सी मिश्रित सामग्री है, जिसमें हल्के वजन, उच्च क्षति सहनशीलता और उच्च शक्ति जैसी उत्कृष्ट विशेषताएं हैं। ग्रेफाइट भागों को बदलने के लिए थर्मल क्षेत्रों में उपयोग किए जाने से ग्रेफाइट भागों के प्रतिस्थापन की आवृत्ति काफी कम हो जाती है, मोनोक्रिस्टलाइन गुणवत्ता और उत्पादन स्थिरता में सुधार होता है।

कच्चे माल के वर्गीकरण के अनुसार, कार्बन फेल्ट को पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फेल्ट, विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट और पिच-आधारित कार्बन फेल्ट में विभाजित किया जा सकता है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फेल्ट में राख की मात्रा अधिक होती है। उच्च तापमान उपचार के बाद, एकल फाइबर भंगुर हो जाता है। ऑपरेशन के दौरान, भट्टी के वातावरण को प्रदूषित करने के लिए धूल उत्पन्न करना आसान होता है। वहीं, फाइबर आसानी से मानव शरीर के छिद्रों और श्वसन पथ में प्रवेश कर सकता है, जो मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है। विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट में अच्छा थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन होता है। गर्मी उपचार के बाद यह अपेक्षाकृत नरम होता है और धूल उत्पन्न करना आसान नहीं होता है। हालाँकि, विस्कोस-आधारित कच्चे फाइबर का क्रॉस-सेक्शन अनियमित है, और फाइबर की सतह पर कई खांचे हैं। सीजेड सिलिकॉन भट्टी के ऑक्सीकरण वातावरण के तहत C02 जैसी गैसें उत्पन्न करना आसान है, जिससे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सामग्री में ऑक्सीजन और कार्बन तत्वों की वर्षा होती है। मुख्य निर्माताओं में जर्मन एसजीएल और अन्य कंपनियां शामिल हैं। वर्तमान में, सेमीकंडक्टर मोनोक्रिस्टलाइन उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पिच-आधारित कार्बन फेल्ट है, जिसमें विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट की तुलना में खराब थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन होता है, लेकिन पिच-आधारित कार्बन फेल्ट में उच्च शुद्धता और कम धूल उत्सर्जन होता है। निर्माताओं में जापान की कुरेहा केमिकल और ओसाका गैस शामिल हैं।
क्योंकि कार्बन फेल्ट का आकार निश्चित नहीं है, इसलिए इसे संचालित करना असुविधाजनक है। अब कई कंपनियों ने कार्बन फेल्ट-क्योर्ड कार्बन फेल्ट पर आधारित एक नई थर्मल इन्सुलेशन सामग्री विकसित की है। क्योर्ड कार्बन फेल्ट, जिसे हार्ड फेल्ट भी कहा जाता है, एक निश्चित आकार और आत्मनिर्भर गुण वाला कार्बन फेल्ट है, जिसे नरम फेल्ट को राल के साथ संसेचित, लेमिनेटेड, ठीक किया गया और कार्बोनाइज्ड किया जाता है।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की वृद्धि गुणवत्ता थर्मल वातावरण से सीधे प्रभावित होती है, और कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन सामग्री इस वातावरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। अपने लागत लाभ, उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन प्रभाव, लचीले डिजाइन और अनुकूलन आकार के कारण फोटोवोल्टिक सेमीकंडक्टर उद्योग में कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन सॉफ्ट फेल्ट का अभी भी एक महत्वपूर्ण लाभ है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर हार्ड थर्मल इंसुलेशन फेल्ट की अपनी निश्चित ताकत और उच्च संचालन क्षमता के कारण थर्मल फील्ड सामग्री बाजार में अधिक विकास स्थान होगा। हम थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास के लिए प्रतिबद्ध हैं, और फोटोवोल्टिक सेमीकंडक्टर उद्योग की समृद्धि और विकास को बढ़ावा देने के लिए उत्पाद प्रदर्शन को लगातार अनुकूलित करते हैं।