Vaxtarferlið einkristallaðs sílikons fer algjörlega fram á hitasviðinu. Gott varmasvið er til þess fallið að bæta gæði kristalla og hefur meiri kristöllunarvirkni. Hönnun hitasviðsins ákvarðar að miklu leyti breytingar á hitastigum í hinu kraftmikla hitasviði og flæði gass í ofnhólfinu. Mismunurinn á efnum sem notuð eru á hitasviðinu ákvarðar beinlínis endingartíma hitasviðsins. Óeðlilegt varmasvið er ekki aðeins erfitt að rækta kristalla sem uppfylla gæðakröfur, heldur getur ekki vaxið fullkomið einkristallað undir ákveðnum kröfum um ferli. Þetta er ástæðan fyrir því að einkristallaður kísiliðnaðurinn lítur á varmasviðshönnun sem mestu kjarnatæknina og fjárfestir gríðarlegan mannafla og efnisauðlindir í rannsóknir og þróun á varmasviði.
Hitakerfið er samsett úr ýmsum varmasviðsefnum. Við kynnum aðeins stuttlega þau efni sem notuð eru á hitauppstreymi. Hvað varðar hitadreifingu í hitasviðinu og áhrif þess á kristaltog, munum við ekki greina hana hér. Hitasviðsefnið vísar til uppbyggingar og hitaeinangrunarhluta í tómarúmsofnhólfinu kristalvaxtar, sem er nauðsynlegt til að búa til viðeigandi hitadreifingu um hálfleiðara bráðnun og kristal.
1. Uppbyggingarefni fyrir hitasvið
Grunnstoðefnið fyrir beindráttaraðferðina til að rækta einkristallaðan sílikon er háhreint grafít. Grafít efni gegna mjög mikilvægu hlutverki í nútíma iðnaði. Þeir geta verið notaðir sem hitasviðsbyggingarhlutar eins oghitari, stýrirör, deiglur, einangrunarrör, deiglubakkar o.s.frv. við framleiðslu einkristallaðs sílikons með Czochralski aðferð.
Grafít efnieru valin vegna þess að auðvelt er að útbúa þær í miklu magni, hægt er að vinna þær og þola háan hita. Kolefni í formi demants eða grafíts hefur hærra bræðslumark en nokkur frumefni eða efnasamband. Grafítefni eru nokkuð sterk, sérstaklega við háan hita, og raf- og hitaleiðni þeirra er líka nokkuð góð. Rafleiðni hans gerir það að verkum að það hentar sem ahitariefni. Það hefur fullnægjandi hitaleiðnistuðul, sem gerir kleift að dreifa hitanum sem myndast af hitaranum jafnt í deigluna og aðra hluta hitasviðsins. Hins vegar, við háan hita, sérstaklega yfir langar vegalengdir, er aðal varmaflutningshamurinn geislun.
Grafíthlutar eru upphaflega gerðir úr fíngerðum kolefnisríkum ögnum sem blandað er við bindiefni og myndast með útpressun eða ísóstatískri pressu. Hágæða grafíthlutar eru venjulega ísóstatískt pressaðir. Allt stykkið er fyrst kolsýrt og síðan grafítað við mjög háan hita, nálægt 3000°C. Hlutarnir sem unnar eru úr þessum heilu hlutum eru venjulega hreinsaðir í lofthjúpi sem inniheldur klór við háan hita til að fjarlægja málmmengun til að uppfylla kröfur hálfleiðaraiðnaðarins. Hins vegar, jafnvel eftir rétta hreinsun, er magn málmmengunar nokkrum stærðargráðum hærra en leyfilegt er fyrir einkristallað sílikon efni. Þess vegna verður að gæta varúðar við hönnun hitasviðsins til að koma í veg fyrir að mengun þessara íhluta komist inn í bræðslu- eða kristalyfirborðið.
Grafít efni eru örlítið gegndræp, sem gerir það auðvelt fyrir málm sem eftir er inni að ná yfirborðinu. Að auki getur kísilmónoxíðið sem er til staðar í hreinsigasinu í kringum grafítyfirborðið komist inn í flest efni og hvarfast.
Snemma einkristallaðir sílikonofnahitarar voru gerðir úr eldföstum málmum eins og wolfram og mólýbdeni. Með auknum þroska grafítvinnslutækni hafa rafeiginleikar tengingar milli grafíthluta orðið stöðugir og einkristallaðir kísilofnahitarar hafa algjörlega skipt út fyrir wolfram, mólýbden og önnur efnishitarar. Sem stendur er mest notaða grafítefnið ísóstatískt grafít. Ísóstatísk grafítundirbúningstækni í landinu mínu er tiltölulega aftur á bak og flest grafítefni sem notuð eru í innlendum ljósvökvaiðnaði eru flutt inn erlendis frá. Erlendir jafnstöðugrafítframleiðendur innihalda aðallega þýska SGL, japanska Tokai Carbon, japanska Toyo Tanso o.s.frv. Í Czochralski einkristölluðum kísilofnum eru stundum notuð C/C samsett efni og þau eru farin að nota til að framleiða bolta, rær, deiglur, hleðslu. plötur og aðrir íhlutir. Kolefni/kolefni (C/C) samsett efni eru koltrefjastyrkt samsett efni sem byggir á kolefni með röð af framúrskarandi eiginleikum eins og hár sértækur styrkur, hár sérstakur stuðull, lágur varmaþenslustuðull, góð rafleiðni, mikil brotseigja, lágt eðlisþyngd, hitaáfallsþol, tæringarþol og háhitaþol. Sem stendur eru þau mikið notuð í geimferðum, kappakstri, lífefnum og öðrum sviðum sem ný háhitaþolin byggingarefni. Sem stendur eru helstu flöskuhálsarnir sem innlend C/C samsett efni standa frammi fyrir enn kostnaðar- og iðnvæðingarvandamál.
Það eru mörg önnur efni notuð til að búa til hitauppstreymi. Koltrefjastyrkt grafít hefur betri vélrænni eiginleika; en það er dýrara og hefur aðrar kröfur um hönnun.Kísilkarbíð (SiC)er betra efni en grafít að mörgu leyti, en það er mun dýrara og erfiðara að útbúa stóra hluta. Hins vegar er SiC oft notað sem aCVD húðuntil að auka endingu grafíthluta sem verða fyrir ætandi kísilmónoxíðgasi og geta einnig dregið úr mengun frá grafíti. Þétt CVD kísilkarbíðhúðin kemur á áhrifaríkan hátt í veg fyrir að mengunarefni inni í örgljúpu grafítefninu nái yfirborðinu.
Annað er CVD kolefni, sem einnig getur myndað þétt lag fyrir ofan grafíthlutann. Önnur háhitaþolin efni, eins og mólýbden eða keramik efni sem geta verið samhliða umhverfinu, er hægt að nota þar sem engin hætta er á að menga bræðsluna. Hins vegar er oxíðkeramik almennt takmörkuð í notkun þeirra á grafítefni við háan hita og það eru fáir aðrir kostir ef einangrunar er krafist. Eitt er sexhyrnt bórnítríð (stundum kallað hvítt grafít vegna svipaðra eiginleika), en vélrænni eiginleikarnir eru lélegir. Mólýbden er almennt notað á sæmilegan hátt við háan hita vegna hóflegs kostnaðar, lágs dreifingarhraða í kísilkristöllum og mjög lágs aðskilnaðarstuðulls um 5×108, sem leyfir ákveðnu magni af mólýbdenmengun áður en kristalbyggingin eyðileggst.
2. Hitaeinangrunarefni
Algengasta einangrunarefnið er kolefnisfilt í ýmsum myndum. Kolefnisfilti er gerður úr þunnum trefjum, sem virka sem einangrun vegna þess að þeir hindra varmageislun margsinnis á stuttri fjarlægð. Mjúki kolefnisfilturinn er ofinn í tiltölulega þunnt efnisblöð, sem síðan eru skorin í æskilega lögun og þétt beygð í hæfilegan radíus. Hert filt er samsett úr svipuðum trefjaefnum og bindiefni sem inniheldur kolefni er notað til að tengja hinar dreifðu trefjar í traustari og lagaðari hlut. Notkun á efnagufu á kolefni í stað bindiefnis getur bætt vélræna eiginleika efnisins.
Venjulega er ytra yfirborð varmaeinangrunarherðandi filtsins húðað með samfelldri grafíthúð eða filmu til að draga úr veðrun og sliti sem og agnamengun. Aðrar gerðir af kolefnisbundnum hitaeinangrunarefnum eru einnig til, svo sem kolefnisfroða. Almennt séð er grafítískt efni augljóslega valið vegna þess að grafítgerð dregur mjög úr yfirborðsflatarmáli trefjanna. Afgasun þessara efna með mikla yfirborðsflatar minnkar verulega og það tekur skemmri tíma að dæla ofninum í viðeigandi lofttæmi. Annað er C/C samsett efni, sem hefur framúrskarandi eiginleika eins og létt þyngd, mikið skemmdaþol og mikinn styrk. Notað á hitauppstreymi til að skipta um grafíthluta dregur verulega úr tíðni skipta um grafíthluta, bætir einkristallað gæði og framleiðslustöðugleika.
Samkvæmt hráefnisflokkuninni má skipta kolefnisfilti í kolefnisfilt sem byggir á pólýakrýlonítríl, kolefnisfilti sem byggir á viskósu og kolefnisfilti sem byggir á kolefni.
Pólýakrýlonítríl-undirstaða kolefnisfilti hefur mikið öskuinnihald. Eftir háhitameðferð verður staka trefjarinn brothættur. Við notkun er auðvelt að mynda ryk til að menga umhverfi ofnsins. Á sama tíma geta trefjar auðveldlega farið inn í svitaholur og öndunarfæri mannslíkamans, sem er skaðlegt heilsu manna. Viskósu-undirstaða kolefnisfilti hefur góða hitaeinangrunarafköst. Það er tiltölulega mjúkt eftir hitameðferð og er ekki auðvelt að mynda ryk. Hins vegar er þversnið viskósu-undirstaða hrátrefja óreglulegt og það eru margar rifur á trefjayfirborðinu. Það er auðvelt að mynda lofttegundir eins og C02 undir oxandi andrúmslofti CZ kísilofnsins, sem veldur útfellingu súrefnis og kolefnisþátta í einkristallaða kísilefninu. Meðal helstu framleiðenda eru þýska SGL og fleiri fyrirtæki. Sem stendur er mest notað í hálfleiðara einkristalla iðnaðinum kolefnisfilti sem byggir á kolefni, sem hefur verri hitaeinangrunarafköst en kolefnisfilti sem byggir á viskósu, en kolefnisfilt sem byggir á kolefni hefur meiri hreinleika og minni ryklosun. Meðal framleiðenda eru japanska Kureha Chemical og Osaka Gas.
Vegna þess að lögun kolefnisfilts er ekki fast er það óþægilegt í notkun. Nú hafa mörg fyrirtæki þróað nýtt varmaeinangrunarefni sem byggt er á kolefnisþurruðu kolefnisfilti. Hert kolefnisfilti, einnig kallað harður filt, er kolefnisfilti með ákveðna lögun og sjálfbæra eiginleika eftir að mjúkur filt er gegndreyptur með plastefni, lagskipt, hert og kolsýrður.
Vaxtargæði einkristallaðs kísils verða fyrir beinum áhrifum af hitaumhverfinu og koltrefjahitaeinangrunarefni gegna lykilhlutverki í þessu umhverfi. Koltrefjavarmaeinangrunarmjúkur filt hefur enn umtalsverðan kost í hálfleiðaraiðnaðinum vegna kostnaðarkosta, framúrskarandi hitaeinangrunaráhrifa, sveigjanlegrar hönnunar og sérsniðinnar lögunar. Að auki mun koltrefjaharð varmaeinangrunarfilt hafa meira þróunarrými á markaði fyrir varmasviðsefni vegna ákveðins styrks og meiri nothæfis. Við erum staðráðin í rannsóknum og þróun á sviði varmaeinangrunarefna og hámarka stöðugt frammistöðu vöru til að stuðla að velmegun og þróun ljósahálfleiðaraiðnaðarins.
Birtingartími: 12-jún-2024