Монокристалды кремнийдің өсу процесі толығымен жылу өрісінде жүзеге асырылады. Жақсы жылу өрісі кристалдардың сапасын жақсартуға қолайлы және кристалдану тиімділігі жоғары. Жылу өрісінің конструкциясы көбінесе динамикалық жылу өрісіндегі температура градиенттерінің өзгеруін және пеш камерасындағы газ ағынын анықтайды. Жылу өрісінде қолданылатын материалдардың айырмашылығы жылу өрісінің қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды. Негізсіз жылу өрісі сапа талаптарына сәйкес келетін кристалдарды өсіру қиын ғана емес, сонымен қатар белгілі бір технологиялық талаптарда толық монокристалды өсіре алмайды. Сондықтан тікелей тартылатын монокристалды кремний өнеркәсібі жылу өрісін жобалауды ең негізгі технология ретінде қарастырады және жылу өрісін зерттеу мен әзірлеуге үлкен жұмыс күші мен материалдық ресурстарды инвестициялайды.
Жылу жүйесі әртүрлі жылу өрісінің материалдарынан тұрады. Біз тек жылу өрісінде қолданылатын материалдарды қысқаша таныстырамыз. Жылу өрісіндегі температураның таралуына және оның кристалды тартуға әсеріне келетін болсақ, біз оны мұнда талдамаймыз. Жылу өрісінің материалы жартылай өткізгіш балқыма мен кристалдың айналасында тиісті температуралық үлестіруді құру үшін маңызды болып табылатын кристалды өсіретін вакуумдық пештің камерасындағы құрылым мен жылу оқшаулағыш бөлігіне жатады.
1. Жылу өрісінің құрылымы материалы
Монокристалды кремнийді өсірудің тікелей тарту әдісі үшін негізгі тірек материалы жоғары таза графит болып табылады. Графит материалдары қазіргі өнеркәсіпте өте маңызды рөл атқарады. сияқты жылу өрісінің құрылымдық құрамдас бөліктері ретінде пайдаланылуы мүмкінжылытқыштар, бағыттаушы түтіктер, тигельдер, Чохральский әдісімен монокристалды кремнийді дайындауда оқшаулағыш түтіктер, тигель науалары және т.б.
Графит материалдарыірі көлемде дайындалуы оңай, өңдеуге болады және жоғары температураға төзімді болғандықтан таңдалады. Алмаз немесе графит түріндегі көміртегі кез келген элементке немесе қосылысқа қарағанда жоғары балқу температурасына ие. Графит материалдары өте күшті, әсіресе жоғары температурада және олардың электр және жылу өткізгіштігі де айтарлықтай жақсы. Оның электр өткізгіштігі оны aжылытқышматериал. Оның жылу өткізгіштігінің қанағаттанарлық коэффициенті бар, ол қыздырғыштан пайда болатын жылуды тигельге және жылу өрісінің басқа бөліктеріне біркелкі бөлуге мүмкіндік береді. Дегенмен, жоғары температурада, әсіресе ұзақ қашықтықта, негізгі жылу беру режимі радиация болып табылады.
Графит бөлшектері бастапқыда байланыстырғышпен араласқан және экструзия немесе изостатикалық престеу арқылы түзілген ұсақ көміртекті бөлшектерден жасалады. Жоғары сапалы графит бөліктері әдетте изостатикалық түрде басылады. Бүкіл кесек алдымен көміртектеледі, содан кейін өте жоғары температурада, 3000 ° C-қа жақын графиттенеді. Бұл тұтас бөліктерден өңделген бөлшектер әдетте жартылай өткізгіш өнеркәсібінің талаптарын қанағаттандыру үшін металл ластануын жою үшін жоғары температурада хлоры бар атмосферада тазартылады. Дегенмен, тиісті тазартудан кейін де металдың ластану деңгейі кремний монокристалды материалдар үшін рұқсат етілгеннен бірнеше рет жоғары болады. Сондықтан, бұл компоненттердің ластануының балқымаға немесе кристал бетіне түсуіне жол бермеу үшін жылу өрісін жобалауда мұқият болу керек.
Графит материалдары аздап өткізгіш болып табылады, бұл ішіндегі қалған металдың бетіне жетуін жеңілдетеді. Сонымен қатар, графит бетінің айналасындағы тазарту газында болатын кремний тотығы көптеген материалдарға еніп, реакцияға түсе алады.
Ертедегі монокристалды кремний пештерінің қыздырғыштары вольфрам және молибден сияқты отқа төзімді металдардан жасалған. Графитті өңдеу технологиясының жетілуіне байланысты графит компоненттері арасындағы байланыстың электрлік қасиеттері тұрақты болды, ал монокристалды кремний пешінің қыздырғыштары вольфрам, молибден және басқа материалды қыздырғыштарды толығымен ауыстырды. Қазіргі уақытта ең көп қолданылатын графит материалы изостатикалық графит болып табылады. менің елімдегі изостатикалық графит дайындау технологиясы салыстырмалы түрде артта қалды және отандық фотоэлектрлік өнеркәсіпте қолданылатын графит материалдарының көпшілігі шетелден импортталады. Шетелдік изостатикалық графит өндірушілерге негізінен Германияның SGL, жапондық Tokai Carbon, жапондық Toyo Tanso және т.б. кіреді. Чочральскидегі монокристалды кремний пештерінде кейде C/C композиттік материалдар пайдаланылады және олар болттарды, гайкаларды, тигельдерді, жүктерді өндіру үшін қолданыла бастады. пластиналар және басқа компоненттер. Көміртекті/көміртекті (C/C) композиттері – бұл жоғары меншікті беріктік, жоғары меншікті модуль, төмен жылу кеңею коэффициенті, жақсы электр өткізгіштік, жоғары сыну беріктігі, төмен меншікті ауырлық, термиялық соққыға төзімділік, коррозияға төзімділік және жоғары температураға төзімділік. Қазіргі уақытта олар аэроғарыш, жарыс, биоматериалдар және басқа салаларда жаңа жоғары температураға төзімді құрылымдық материалдар ретінде кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта отандық C/C композиттері кездесетін негізгі кедергілер әлі де шығындар мен индустрияландыру мәселелері болып табылады.
Жылу өрістерін жасау үшін қолданылатын көптеген басқа материалдар бар. Көміртекті талшықты күшейтілген графит жақсы механикалық қасиеттерге ие; бірақ ол қымбатырақ және дизайнға басқа талаптары бар.Кремний карбиді (SiC)көптеген аспектілері бойынша графитке қарағанда жақсы материал болып табылады, бірақ ол әлдеқайда қымбат және үлкен көлемді бөлшектерді дайындау қиын. Дегенмен, SiC жиі қолданыладыCVD жабыныкоррозиялық кремний тотығы газына ұшыраған графит бөліктерінің қызмет ету мерзімін ұзарту, сонымен қатар графиттің ластануын азайтуға болады. Тығыз CVD кремний карбиді жабыны микрокеуекті графит материалының ішіндегі ластаушы заттардың бетіне жетуін тиімді болдырмайды.
Басқасы - CVD көміртегі, ол сонымен қатар графит бөлігінің үстінде тығыз қабат құра алады. Қоршаған ортамен қатар өмір сүре алатын молибден немесе керамикалық материалдар сияқты басқа жоғары температураға төзімді материалдарды балқыманы ластау қаупі жоқ жерде пайдалануға болады. Дегенмен, оксидті керамика әдетте жоғары температурада графиттік материалдарға қолданылуымен шектеледі, ал егер оқшаулау қажет болса, басқа нұсқалар аз. Біреуі алтыбұрышты бор нитриді (кейде ұқсас қасиеттеріне байланысты ақ графит деп аталады), бірақ механикалық қасиеттері нашар. Молибден әдетте жоғары температура жағдайлары үшін қолайлы, өйткені оның қалыпты құны, кремний кристалдарындағы төмен диффузия жылдамдығы және өте төмен сегрегация коэффициенті шамамен 5 × 108, бұл кристалдық құрылымды бұзғанға дейін молибденнің белгілі бір мөлшерін ластауға мүмкіндік береді.
2. Жылу оқшаулағыш материалдар
Ең жиі қолданылатын оқшаулау материалы әртүрлі формадағы көміртекті киіз болып табылады. Көміртекті киіз жұқа талшықтардан жасалған, олар оқшаулау ретінде әрекет етеді, өйткені олар жылу сәулеленуін қысқа қашықтықта бірнеше рет блоктайды. Жұмсақ көміртекті киіз материалдың салыстырмалы түрде жұқа парақтарына тоқылады, содан кейін олар қажетті пішінге кесіледі және ақылға қонымды радиусқа тығыз бүгіледі. Кептірілген киіздер ұқсас талшықты материалдардан тұрады және дисперсті талшықтарды қаттырақ және пішінді нысанға қосу үшін көміртегі бар байланыстырғыш қолданылады. Тұтқырдың орнына көміртектің химиялық буының тұндырылуын қолдану материалдың механикалық қасиеттерін жақсартуға мүмкіндік береді.
Әдетте, жылу оқшаулағыш қатайтатын киіздің сыртқы беті эрозия мен тозуды, сондай-ақ бөлшектердің ластануын азайту үшін үздіксіз графит жабынымен немесе фольгамен қапталған. Көміртекті көбік сияқты көміртегі негізіндегі жылу оқшаулағыш материалдардың басқа түрлері де бар. Жалпы алғанда, графиттелген материалдарға артықшылық беріледі, өйткені графитизация талшықтың бетінің ауданын айтарлықтай азайтады. Бұл беткі қабаты жоғары материалдардың газдан шығуы айтарлықтай азаяды және пешті қолайлы вакуумға айдау үшін аз уақыт кетеді. Екіншісі - жеңіл салмақ, жоғары зақымға төзімділік және жоғары беріктік сияқты тамаша сипаттамалары бар C/C композиттік материал. Графит бөліктерін ауыстыру үшін жылу өрістерінде қолданылады графит бөліктерін ауыстыру жиілігін айтарлықтай төмендетеді, монокристалды сапаны және өндіріс тұрақтылығын жақсартады.
Шикізат классификациясы бойынша көміртекті киізді полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киіз, вискоза негізіндегі көміртекті киіз және шайырлы көміртекті киіз деп бөлуге болады.
Полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киізде күлдің көп мөлшері бар. Жоғары температурада өңдеуден кейін жалғыз талшық сынғыш болады. Жұмыс кезінде пештің ортасын ластау үшін шаң түзу оңай. Сонымен қатар, талшық адам ағзасының тесіктері мен тыныс алу жолдарына оңай еніп, адам денсаулығына зиян тигізеді. Вискоза негізіндегі көміртекті киіз жақсы жылу оқшаулау сипаттамаларына ие. Ол термиялық өңдеуден кейін салыстырмалы түрде жұмсақ және шаң шығару оңай емес. Дегенмен, вискоза негізіндегі шикі талшықтың көлденең қимасы біркелкі емес, талшық бетінде көптеген ойықтар бар. CZ кремний пешінің тотықтырғыш атмосферасы астында C02 сияқты газдарды алу оңай, бұл монокристалды кремний материалында оттегі мен көміртегі элементтерінің тұнбасын тудырады. Негізгі өндірушілерге неміс SGL және басқа компаниялар кіреді. Қазіргі уақытта жартылай өткізгішті монокристалды өнеркәсібінде ең көп қолданылатыны - бұл вискоза негізіндегі көміртекті киізге қарағанда жылу оқшаулау көрсеткіштері нашар, бірақ қадам негізіндегі көміртекті киіздің тазалығы жоғары және шаң шығаруы төмен. Өндірушілер арасында Жапонияның Kureha Chemical және Osaka Gas бар.
Көміртекті киіздің пішіні бекітілмегендіктен, оны пайдалану ыңғайсыз. Қазір көптеген компаниялар көміртекті киізбен өңделген көміртекті киізге негізделген жаңа жылу оқшаулағыш материалды әзірледі. Қатты киіз деп те атайды, жұмсақ киізді шайырмен сіңдіріп, ламинациялап, қатайтып, көміртектегеннен кейін белгілі бір пішіні және өзін-өзі ұстау қасиеті бар көміртекті киіз.
Монокристалды кремнийдің өсу сапасына жылу ортасы тікелей әсер етеді және бұл ортада көміртекті талшықты жылу оқшаулағыш материалдар басты рөл атқарады. Көміртекті талшықты жылу оқшаулағыш жұмсақ киіз әлі күнге дейін фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде өзіндік құнының артықшылығы, тамаша жылу оқшаулау әсері, икемді дизайны және теңшелетін пішіні арқасында айтарлықтай артықшылыққа ие. Сонымен қатар, көміртекті талшықты қатты жылу оқшаулағыш киізі белгілі бір беріктігі мен жоғары жұмыс қабілеттілігіне байланысты жылу өрісі материалдары нарығында кеңірек даму кеңістігіне ие болады. Біз жылу оқшаулағыш материалдар саласындағы зерттеулер мен әзірлемелерге ұмтыламыз және фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің өркендеуі мен дамуына ықпал ету үшін өнімнің өнімділігін үздіксіз оңтайландырамыз.
Жіберу уақыты: 12 маусым-2024 ж