ייצור חשמל פוטו-וולטאי סולארי הפך לתעשיית האנרגיה החדשה והמבטיחה ביותר בעולם. בהשוואה לתאים סולאריים פוליסיליקון וסיליקון אמורפי, לסיליקון חד-גבישי, כחומר לייצור חשמל פוטו-וולטאי, יש יעילות המרה פוטו-אלקטרית גבוהה ויתרונות מסחריים יוצאי דופן, והפך לזרם המרכזי של ייצור חשמל פוטו-וולטאי סולארי. צ'וקרלסקי (CZ) היא אחת השיטות העיקריות להכנת סיליקון חד גבישי. ההרכב של תנור חד-גבישי של צ'וקרלסקי כולל מערכת תנור, מערכת ואקום, מערכת גז, מערכת שדה תרמי ומערכת בקרה חשמלית. מערכת השדות התרמיים היא אחד התנאים החשובים ביותר לצמיחת הסיליקון החד גבישי, ואיכותו של הסיליקון החד גבישי מושפעת ישירות מהתפלגות שיפוע הטמפרטורה של השדה התרמי.
מרכיבי השדה התרמי מורכבים בעיקר מחומרי פחמן (חומרי גרפיט וחומרים מרוכבים פחמן/פחמן), המחולקים לחלקי תמיכה, חלקים פונקציונליים, גופי חימום, חלקי הגנה, חומרי בידוד תרמי וכו', לפי תפקידיהם, כמו מוצג באיור 1. ככל שגודל הסיליקון החד-גבישי ממשיך לגדול, דרישות הגודל לרכיבי שדה תרמי גדלות גם הן. חומרים מרוכבים פחמן/פחמן הופכים לבחירה הראשונה עבור חומרי שדה תרמיים לסיליקון חד גבישי בשל יציבות הממדים שלו ותכונות מכניות מצוינות.
בתהליך של סיליקון מונו-גבישי, התכה של חומר סיליקון תיצור אדי סיליקון והתזות סיליקון מותך, וכתוצאה מכך שחיקת הסיליקון של חומרי שדה תרמי פחמן/פחמן, והתכונות המכניות וחיי השירות של חומרי שדה תרמיים של פחמן/פחמן הם מושפע קשות. לכן, כיצד להפחית את שחיקת הסיליקציה של חומרי שדה תרמי פחמן/פחמן ולשפר את חיי השירות שלהם הפך לאחד הדאגות הנפוצות של יצרני סיליקון חד גבישי ויצרני חומרי שדה תרמי פחמן/פחמן.ציפוי סיליקון קרבידהפכה לבחירה הראשונה להגנה על ציפוי פני השטח של חומרי שדה תרמיים של פחמן/פחמן בשל העמידות המצוינת בפני זעזועים תרמיים ועמידות בפני שחיקה.
במאמר זה, החל מחומרי שדה תרמיים של פחמן/פחמן המשמשים בייצור סיליקון חד גבישי, מוצגות שיטות ההכנה העיקריות, היתרונות והחסרונות של ציפוי סיליקון קרביד. על בסיס זה, היישום וההתקדמות המחקרית של ציפוי סיליקון קרביד בחומרי שדה תרמי פחמן/פחמן נבדקים בהתאם למאפיינים של חומרי שדה תרמיים פחמן/פחמן, והצעות וכיווני פיתוח להגנה על ציפוי פני השטח של חומרי שדה תרמיים של פחמן/פחמן. מוצעים.
1 טכנולוגיית הכנה שלציפוי סיליקון קרביד
1.1 שיטת הטבעה
שיטת ההטבעה משמשת לעתים קרובות להכנת הציפוי הפנימי של סיליקון קרביד במערכת חומרים מרוכבים C/C-sic. שיטה זו משתמשת תחילה באבקה מעורבת כדי לעטוף את החומר המרוכב של פחמן/פחמן, ולאחר מכן מבצעת טיפול בחום בטמפרטורה מסוימת. סדרה של תגובות פיסיקליות-כימיות מורכבות מתרחשות בין האבקה המעורבת לפני השטח של הדגימה ליצירת הציפוי. היתרון שלו הוא שהתהליך פשוט, רק תהליך בודד יכול להכין חומרים מרוכבים מטריקס צפופים וללא סדקים; שינוי גודל קטן מ-preform למוצר סופי; מתאים לכל מבנה מחוזק בסיבים; יכול להיווצר שיפוע הרכב מסוים בין הציפוי למצע, המשולב היטב עם המצע. עם זאת, ישנם גם חסרונות, כמו התגובה הכימית בטמפרטורה גבוהה, שעלולה לפגוע בסיבים, והתכונות המכניות של מטריצת פחמן/פחמן יורדות. קשה לשלוט באחידות הציפוי, בגלל גורמים כמו כוח המשיכה, מה שהופך את הציפוי לא אחיד.
1.2 שיטת ציפוי תפוחים
שיטת ציפוי הסלורי היא לערבב את חומר הציפוי והקלסר לתערובת, להבריש בצורה אחידה על פני המטריצה, לאחר ייבוש באווירה אינרטית, הדגימה המצופה מסונטת בטמפרטורה גבוהה וניתן להשיג את הציפוי הנדרש. היתרונות הם שהתהליך פשוט וקל לתפעול, ועובי הציפוי קל לשליטה; החיסרון הוא שקיים חוזק מליטה ירוד בין הציפוי למצע, ועמידות הציפוי לזעזועים תרמית ירודה ואחידות הציפוי נמוכה.
1.3 שיטת תגובת אדים כימית
שיטת ריאקציית אדים כימית (CVR) היא שיטת תהליך המאיידת חומר סיליקון מוצק לאדי סיליקון בטמפרטורה מסוימת, ואז אדי הסיליקון מתפזרים לחלק הפנימי ולפני השטח של המטריצה, ומגיבים באתרו עם פחמן במטריצה כדי לייצר סיליקון קרביד. היתרונות שלו כוללים אווירה אחידה בכבשן, קצב תגובה עקבי ועובי השקיעה של חומר מצופה בכל מקום; התהליך פשוט וקל לתפעול, וניתן לשלוט בעובי הציפוי על ידי שינוי לחץ אדי הסיליקון, זמן השקיעה ופרמטרים נוספים. החיסרון הוא שהדגימה מושפעת מאוד מהמיקום בכבשן, ולחץ אדי הסיליקון בכבשן לא יכול להגיע לאחידות התיאורטית, וכתוצאה מכך עובי ציפוי לא אחיד.
1.4 שיטת שקיעת אדים כימית
שקיעת אדים כימית (CVD) היא תהליך שבו פחמימנים משמשים כמקור גז וניקיון גבוה N2/Ar כגז נשא להחדרת גזים מעורבים לכור אדים כימיים, והפחמימנים מפורקים, מסונתזים, מתפזרים, נספגים ונפתרים תחת טמפרטורה ולחץ מסוימים ליצירת סרטים מוצקים על פני השטח של חומרים מרוכבים פחמן/פחמן. היתרון שלו הוא שניתן לשלוט בצפיפות ובטוהר הציפוי; זה מתאים גם ליצירה עם צורה מורכבת יותר; ניתן לשלוט במבנה הגבישי ובמורפולוגיה של פני השטח של המוצר על ידי התאמת פרמטרי התצהיר. החסרונות הם שקצב השקיעה נמוך מדי, התהליך מורכב, עלות הייצור גבוהה וייתכנו פגמים בציפוי, כגון סדקים, פגמי רשת ופגמים פני השטח.
לסיכום, שיטת ההטבעה מוגבלת למאפייניה הטכנולוגיים, המתאימה לפיתוח וייצור של חומרים מעבדתיים וחומרים קטנים; שיטת הציפוי אינה מתאימה לייצור המוני בגלל העקביות הירודה שלה. שיטת CVR יכולה לעמוד בייצור המוני של מוצרים בגודל גדול, אך יש לה דרישות גבוהות יותר לציוד וטכנולוגיה. שיטת CVD היא שיטה אידיאלית להכנהציפוי SIC, אבל העלות שלו גבוהה יותר משיטת CVR בגלל הקושי שלה בבקרת תהליכים.
זמן פרסום: 22-2-2024