A monokristályos szilícium növekedési folyamata teljes mértékben a termikus mezőben történik. A jó termikus tér javítja a kristályok minőségét, és magasabb a kristályosodási hatékonysága. A termikus tér kialakítása nagymértékben meghatározza a dinamikus hőtér hőmérsékleti gradiensének változását és a kemencetérben a gázáramlást. A termikus térben felhasznált anyagok különbsége közvetlenül meghatározza a hőtér élettartamát. Az indokolatlan termikus tér nemcsak a minőségi követelményeknek megfelelő kristályok termesztését okozza, hanem bizonyos folyamatkövetelmények mellett sem képes teljesen monokristályossá nőni. Ez az oka annak, hogy a közvetlen húzású monokristályos szilícium ipar a hőmező tervezését tekinti a legalapvetőbb technológiának, és hatalmas munkaerőt és anyagi erőforrásokat fektet be a termikus mező kutatásába és fejlesztésébe.
A termikus rendszer különféle termikus mező anyagokból áll. Csak röviden mutatjuk be a termikus térben használt anyagokat. Ami a hőmező hőmérséklet-eloszlását és a kristályhúzásra gyakorolt hatását illeti, azt itt nem elemezzük. A hőtér anyaga a vákuumkemencében lévő kristálynövekedési kamrában lévő szerkezetre és hőszigetelő részre vonatkozik, amely elengedhetetlen a megfelelő hőmérséklet-eloszlás kialakításához a félvezető olvadék és a kristály körül.
1. Hőmező szerkezeti anyag
A monokristályos szilícium termesztésére szolgáló direkt húzó módszer alapvető hordozóanyaga a nagy tisztaságú grafit. A grafit anyagok nagyon fontos szerepet játszanak a modern iparban. Használhatók hőmező szerkezeti elemként, mint plmelegítők, vezetőcsövek, olvasztótégelyek, szigetelőcsövek, tégelytálcák stb. monokristályos szilícium előállításánál Czochralski módszerrel.
Grafit anyagokazért választják, mert könnyen nagy mennyiségben elkészíthetők, feldolgozhatók és ellenállnak a magas hőmérsékletnek. A gyémánt vagy grafit formájú szén magasabb olvadásponttal rendelkezik, mint bármely elem vagy vegyület. A grafit anyagok meglehetősen erősek, különösen magas hőmérsékleten, és elektromos és hővezető képességük is meglehetősen jó. Elektromos vezetőképessége alkalmassá teszi afűtőtestanyag. Megfelelő hővezetési együtthatóval rendelkezik, amely lehetővé teszi a fűtőberendezés által termelt hő egyenletes eloszlását a tégelyben és a hőtér egyéb részein. Magas hőmérsékleten azonban, különösen nagy távolságokon, a fő hőátadási mód a sugárzás.
A grafit alkatrészeket kezdetben finom széntartalmú részecskékből készítik, amelyeket kötőanyaggal kevernek össze, és extrudálással vagy izosztatikus préseléssel alakítják ki. A jó minőségű grafit alkatrészeket általában izosztatikusan préselik. Az egész darabot először elszenesítik, majd nagyon magas hőmérsékleten, közel 3000°C-on grafitizálják. Az ezekből az egész darabokból feldolgozott részeket általában klórtartalmú atmoszférában, magas hőmérsékleten tisztítják, hogy eltávolítsák a fémszennyeződést, hogy megfeleljenek a félvezetőipar követelményeinek. A fémszennyezettség mértéke azonban megfelelő tisztítás után is több nagyságrenddel magasabb a szilícium monokristályos anyagoknál megengedettnél. Ezért a termikus tér kialakításánál ügyelni kell arra, hogy ezen komponensek szennyeződése ne kerüljön az olvadék vagy a kristály felületére.
A grafit anyagok enyhén vízáteresztőek, ami megkönnyíti, hogy a benne maradt fém könnyen elérje a felületet. Ezenkívül a grafitfelület körüli öblítőgázban jelen lévő szilícium-monoxid behatol a legtöbb anyagba és reagálhat.
A korai monokristályos szilícium kemencefűtők tűzálló fémekből, például volfrámból és molibdénből készültek. A grafitfeldolgozási technológia egyre érettebbé válásával a grafit alkatrészek közötti kapcsolat elektromos tulajdonságai stabilizálódnak, és a monokristályos szilícium kemencefűtők teljesen felváltották a wolfram-, molibdén- és más anyagmelegítőket. Jelenleg a legszélesebb körben használt grafitanyag az izosztatikus grafit. hazám izosztatikus grafit-előkészítési technológiája viszonylag elmaradott, a hazai fotovoltaikus iparban felhasznált grafitanyagok nagy részét külföldről importálják. A külföldi izosztatikus grafitgyártók között főként a német SGL, a japán Tokai Carbon, a japán Toyo Tanso stb. A Czochralski monokristályos szilícium kemencékben időnként C/C kompozit anyagokat használnak, és ezeket kezdték el használni csavarok, anyák, tégelyek, terhelések gyártására. lemezek és egyéb alkatrészek. A szén/szén (C/C) kompozitok szénszál-erősítésű szénalapú kompozitok, amelyek számos kiváló tulajdonsággal rendelkeznek, mint például nagy fajlagos szilárdság, nagy fajlagos modulus, alacsony hőtágulási együttható, jó elektromos vezetőképesség, nagy törésállóság, alacsony fajsúly, hősokkállóság, korrózióállóság és magas hőmérsékletállóság. Jelenleg széles körben használják a repülőgépiparban, a versenyzésben, a bioanyagok gyártásában és más területeken, mint új, magas hőmérsékletnek ellenálló szerkezeti anyagok. Jelenleg a hazai C/C kompozitok által tapasztalt fő szűk keresztmetszetek továbbra is a költségek és az iparosítás kérdései.
Sok más anyagot is használnak hőmezők készítésére. A szénszál-erősítésű grafit jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik; de drágább és más tervezési követelmények is vannak.Szilícium-karbid (SiC)több szempontból is jobb anyag, mint a grafit, de sokkal drágább és nehezebb a nagy volumenű alkatrészeket elkészíteni. A SiC-ot azonban gyakran használják aCVD bevonata korrozív szilícium-monoxid gáz hatásának kitett grafit részek élettartamának növelésére, valamint a grafitból származó szennyeződés csökkentésére. A sűrű CVD szilícium-karbid bevonat hatékonyan megakadályozza, hogy a mikroporózus grafitanyag belsejében lévő szennyeződések a felületre kerüljenek.
Egy másik a CVD-szén, amely a grafitrész felett is sűrű réteget képezhet. Más magas hőmérsékletnek ellenálló anyagok, például molibdén vagy kerámia anyagok, amelyek együtt élhetnek a környezettel, használhatók ott, ahol nem áll fenn az olvadék szennyezésének veszélye. Az oxidkerámiák azonban általában korlátozottan alkalmazhatók grafitanyagokra magas hőmérsékleten, és kevés más lehetőség van, ha szigetelésre van szükség. Az egyik a hatszögletű bór-nitrid (hasonló tulajdonságok miatt néha fehér grafitnak is nevezik), de a mechanikai tulajdonságai rosszak. A molibdént általában ésszerűen használják magas hőmérsékleti helyzetekben, mert mérsékelt költsége, alacsony diffúziós sebessége a szilíciumkristályokban, és nagyon alacsony, körülbelül 5 × 108 szegregációs együtthatója, amely lehetővé teszi bizonyos mennyiségű molibdén szennyeződést a kristályszerkezet tönkretétele előtt.
2. Hőszigetelő anyagok
A leggyakrabban használt szigetelőanyag a szénfilc, különféle formákban. A karbon filc vékony szálakból készül, amelyek szigetelőként szolgálnak, mivel rövid távolságon belül többszörösen blokkolják a hősugárzást. A puha karbon nemezt viszonylag vékony anyaglapokká fonják, amelyeket azután a kívánt formára vágnak, és megfelelő sugárra szorosan meghajlítják. A kikeményedett filcek hasonló rostanyagokból állnak, és széntartalmú kötőanyagot használnak a diszpergált szálak szilárdabb és formásabb tárggyá történő összekapcsolására. A szén kémiai gőzleválasztása kötőanyag helyett javíthatja az anyag mechanikai tulajdonságait.
Jellemzően a hőszigetelő keményítő filc külső felületét folyamatos grafitbevonattal vagy fóliával vonják be, hogy csökkentsék az eróziót és a kopást, valamint a szemcsés szennyeződést. Más típusú szénalapú hőszigetelő anyagok is léteznek, például szénhab. Általában a grafitizált anyagokat nyilvánvalóan előnyben részesítik, mivel a grafitozás nagymértékben csökkenti a szál felületét. Ezeknek a nagy felületű anyagoknak a gázkibocsátása jelentősen csökken, és kevesebb időbe telik a kemence megfelelő vákuumba szivattyúzása. Egy másik a C/C kompozit anyag, amely olyan kiemelkedő tulajdonságokkal rendelkezik, mint a könnyű súly, a nagy sérüléstűrés és a nagy szilárdság. A termikus mezőkben a grafit alkatrészek cseréjére alkalmazva jelentősen csökkenti a grafit alkatrészek cseréjének gyakoriságát, javítja a monokristályos minőséget és a gyártás stabilitását.
A nyersanyag-besorolás szerint a szénfilc felosztható poliakrilnitril alapú karbon filcre, viszkóz alapú karbon filcre és szurok alapú karbon filcre.
A poliakrilnitril alapú szénfilc nagy hamutartalmú. Magas hőmérsékletű kezelés után az egyetlen szál törékennyé válik. Működés közben könnyen keletkezik por, ami szennyezi a kemence környezetét. Ugyanakkor a rost könnyen bejuthat az emberi test pórusaiba és légutaiba, ami káros az emberi egészségre. A viszkóz alapú szénfilc jó hőszigetelő képességgel rendelkezik. Hőkezelés után viszonylag puha és nem könnyen porképződik. A viszkóz alapú nyersszál keresztmetszete azonban szabálytalan, a szál felületén sok barázda található. A CZ szilícium kemence oxidáló atmoszférája alatt könnyen előállíthatók olyan gázok, mint a C02, ami oxigén- és szénelemek kiválását okozza a monokristályos szilícium anyagban. A fő gyártók közé tartozik a német SGL és más cégek. Jelenleg a félvezető monokristályos iparban a legelterjedtebb a szurokalapú szénfilc, amely rosszabb hőszigetelő képességgel rendelkezik, mint a viszkóz alapú szénfilc, de a szurokalapú szénfilc nagyobb tisztaságú és kisebb a porkibocsátása. A gyártók közé tartozik a japán Kureha Chemical és az Osaka Gas.
Mivel a karbon filc alakja nem rögzített, kényelmetlen a kezelése. Mostanra sok cég kifejlesztett egy új hőszigetelő anyagot szénfilccel kikeményített szénfilc alapú. A keményített szénfilc, más néven kemény filc, egy bizonyos alakú és önfenntartó tulajdonságú szénfilc, miután a puha filcet gyantával impregnálják, laminálják, kikeményítik és elszenesítik.
A monokristályos szilícium növekedési minőségét közvetlenül befolyásolja a termikus környezet, és ebben a környezetben kulcsszerepet játszanak a szénszálas hőszigetelő anyagok. A szénszálas hőszigetelő lágy filc költségelőnyének, kiváló hőszigetelő hatásának, rugalmas kialakításának és testreszabható formájának köszönhetően továbbra is jelentős előnnyel bír a fotovoltaikus félvezető iparban. Ezen túlmenően a szénszálas kemény hőszigetelő filcnek nagyobb fejlesztési tere lesz a hőmezős anyagok piacán bizonyos szilárdságának és jobb működőképességének köszönhetően. Elkötelezettek vagyunk a hőszigetelő anyagok területén végzett kutatás és fejlesztés mellett, és folyamatosan optimalizáljuk termékeink teljesítményét a fotovoltaikus félvezetőipar virágzásának és fejlődésének elősegítése érdekében.
Feladás időpontja: 2024. június 12