Monokristalinio silicio augimo procesas visiškai vykdomas šiluminiame lauke. Geras šiluminis laukas padeda pagerinti kristalų kokybę ir turi didesnį kristalizacijos efektyvumą. Šiluminio lauko konstrukcija daugiausia lemia temperatūros gradientų pokyčius dinaminiame šiluminiame lauke ir dujų srautą krosnies kameroje. Šiluminiame lauke naudojamų medžiagų skirtumas tiesiogiai lemia šiluminio lauko tarnavimo laiką. Dėl nepagrįsto šiluminio lauko ne tik sunku užauginti kokybės reikalavimus atitinkančius kristalus, bet ir negali išaugti visiškai monokristaliniai, esant tam tikriems proceso reikalavimams. Štai kodėl tiesioginio traukimo monokristalinio silicio pramonė terminio lauko dizainą laiko pačia pagrindine technologija ir investuoja didžiulius darbo jėgos ir materialinius išteklius į terminio lauko tyrimus ir plėtrą.
Šiluminė sistema sudaryta iš įvairių šiluminio lauko medžiagų. Tik trumpai pristatome šiluminiame lauke naudojamas medžiagas. Kalbant apie temperatūros pasiskirstymą šiluminiame lauke ir jo įtaką kristalų traukimui, čia to nenagrinėsime. Šiluminio lauko medžiaga reiškia struktūrą ir šilumos izoliacijos dalį vakuuminės krosnies kristalų augimo kameroje, kuri yra būtina norint sukurti tinkamą temperatūros pasiskirstymą aplink puslaidininkio lydalą ir kristalą.
1. Šiluminio lauko struktūros medžiaga
Pagrindinė atraminė medžiaga, skirta monokristaliniam siliciui auginti tiesioginio traukimo metodu, yra didelio grynumo grafitas. Grafitinės medžiagos vaidina labai svarbų vaidmenį šiuolaikinėje pramonėje. Jie gali būti naudojami kaip šilumos lauko konstrukciniai komponentai, pvzšildytuvai, kreipiamieji vamzdeliai, tigliai, izoliaciniai vamzdeliai, tiglio padėklai ir kt., ruošiant monokristalinį silicį Czochralskio metodu.
Grafitinės medžiagosatrenkami, nes lengvai paruošiami dideliais kiekiais, gali būti apdorojami ir yra atsparūs aukštai temperatūrai. Deimanto arba grafito pavidalo anglis turi aukštesnę lydymosi temperatūrą nei bet kuris elementas ar junginys. Grafitinės medžiagos yra gana tvirtos, ypač aukštoje temperatūroje, jų elektrinis ir šilumos laidumas taip pat yra gana geras. Dėl savo elektrinio laidumo jis tinka kaip ašildytuvasmedžiaga. Jis turi patenkinamą šilumos laidumo koeficientą, kuris leidžia tolygiai paskirstyti šildytuvo generuojamą šilumą tiglyje ir kitose šilumos lauko dalyse. Tačiau esant aukštai temperatūrai, ypač dideliais atstumais, pagrindinis šilumos perdavimo būdas yra spinduliavimas.
Grafitinės dalys iš pradžių gaminamos iš smulkių anglies dalelių, sumaišytų su rišikliu ir formuojamos ekstruzijos arba izostatinio presavimo būdu. Aukštos kokybės grafito detalės dažniausiai yra presuojamos izostatiškai. Visas gabalas iš pradžių karbonizuojamas, o po to grafitizuojamas labai aukštoje, beveik 3000°C temperatūroje. Iš šių vientisų gabalų apdorotos dalys paprastai išvalomos chloro turinčioje atmosferoje aukštoje temperatūroje, kad būtų pašalintas metalo užterštumas, kad atitiktų puslaidininkių pramonės reikalavimus. Tačiau net ir tinkamai išvalius metalo užterštumo lygis yra keliomis eilėmis didesnis nei leidžiamas silicio monokristalinėms medžiagoms. Todėl reikia pasirūpinti šiluminio lauko projektavimu, kad šie komponentai nepatektų į lydalo ar kristalo paviršių.
Grafitinės medžiagos yra šiek tiek pralaidžios, todėl viduje likęs metalas lengvai pasiekia paviršių. Be to, prapūtimo dujose aplink grafito paviršių esantis silicio monoksidas gali prasiskverbti į daugumą medžiagų ir sureaguoti.
Ankstyvieji monokristaliniai silicio krosnių šildytuvai buvo pagaminti iš ugniai atsparių metalų, tokių kaip volframas ir molibdenas. Didėjant grafito apdorojimo technologijos brandai, grafito komponentų jungties elektrinės savybės tapo stabilios, o monokristaliniai silicio krosnių šildytuvai visiškai pakeitė volframo, molibdeno ir kitų medžiagų šildytuvus. Šiuo metu plačiausiai naudojama grafito medžiaga yra izostatinis grafitas. mano šalies izostatinio grafito paruošimo technologija yra palyginti atsilikusi, o dauguma grafito medžiagų, naudojamų vietinėje fotoelektros pramonėje, yra importuojamos iš užsienio. Užsienio izostatinio grafito gamintojai daugiausia yra Vokietijos SGL, Japonijos Tokai Carbon, Japonijos Toyo Tanso ir kt. Czochralski monokristalinio silicio krosnyse kartais naudojamos C/C kompozitinės medžiagos, kurios pradėtos naudoti varžtams, veržlėms, tigliams, apkrovoms gaminti. plokštės ir kiti komponentai. Anglies/anglies (C/C) kompozitai yra anglies pluoštu sustiprinti anglies pagrindu pagaminti kompozitai, turintys daugybę puikių savybių, tokių kaip didelis savitasis stiprumas, didelis savitasis modulis, mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, geras elektros laidumas, didelis atsparumas lūžiams, mažas savitasis svoris, atsparumas šiluminiam smūgiui, atsparumas korozijai ir atsparumas aukštai temperatūrai. Šiuo metu jie plačiai naudojami kosmoso, lenktynių, biomedžiagų ir kitose srityse kaip naujos aukštai temperatūrai atsparios konstrukcinės medžiagos. Šiuo metu pagrindinės kliūtys, su kuriomis susiduria vietiniai C/C kompozitai, vis dar yra sąnaudos ir industrializacijos problemos.
Yra daug kitų medžiagų, naudojamų šiluminiams laukams gaminti. Anglies pluoštu sustiprintas grafitas pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis; bet jis yra brangesnis ir kelia kitus reikalavimus dizainui.Silicio karbidas (SiC)daugeliu aspektų yra geresnė medžiaga nei grafitas, tačiau daug brangiau ir sudėtingiau paruošti didelės apimties dalis. Tačiau SiC dažnai naudojamas kaip aCVD dangaprailginti grafito dalių, kurias veikia korozinės silicio monoksido dujos, tarnavimo laiką, taip pat gali sumažinti grafito užterštumą. Tanki CVD silicio karbido danga efektyviai neleidžia mikroporingos grafito medžiagos viduje esantiems teršalams patekti į paviršių.
Kitas yra CVD anglis, kuri taip pat gali sudaryti tankų sluoksnį virš grafito dalies. Kitos aukštai temperatūrai atsparios medžiagos, pavyzdžiui, molibdenas arba keraminės medžiagos, kurios gali egzistuoti kartu su aplinka, gali būti naudojamos ten, kur nėra pavojaus užteršti lydalą. Tačiau oksidinės keramikos pritaikymas grafito medžiagoms aukštoje temperatūroje paprastai yra ribotas, o jei reikia izoliacijos, yra keletas kitų variantų. Vienas iš jų – šešiakampis boro nitridas (dėl panašių savybių kartais vadinamas baltuoju grafitu), tačiau mechaninės savybės prastos. Molibdenas paprastai pagrįstai naudojamas esant aukštai temperatūrai, nes jo kaina yra nedidelė, difuzijos greitis silicio kristaluose ir labai mažas atskyrimo koeficientas yra apie 5 × 108, todėl prieš sunaikinant kristalų struktūrą galima užteršti tam tikrą molibdeno kiekį.
2. Šilumos izoliacinės medžiagos
Dažniausiai naudojama izoliacinė medžiaga – įvairių formų anglies veltinis. Anglies veltinis yra pagamintas iš plonų pluoštų, kurie veikia kaip izoliacija, nes kelis kartus blokuoja šiluminę spinduliuotę per trumpą atstumą. Minkštas anglies veltinis yra įaustas į gana plonus medžiagos lakštus, kurie vėliau supjaustomi norima forma ir sandariai sulenkiami tinkamu spinduliu. Sukietėję veltiniai yra sudaryti iš panašių pluoštinių medžiagų, o anglies turintis rišiklis naudojamas dispersiniams pluoštams sujungti į tvirtesnį ir formos objektą. Cheminio anglies nusodinimo garais naudojimas vietoj rišiklio gali pagerinti mechanines medžiagos savybes.
Paprastai išorinis termoizoliacinio kietėjimo veltinio paviršius yra padengtas ištisine grafito danga arba folija, siekiant sumažinti eroziją ir susidėvėjimą bei užterštumą kietosiomis dalelėmis. Taip pat yra ir kitų tipų anglies pagrindu pagamintų termoizoliacinių medžiagų, tokių kaip anglies putos. Apskritai, akivaizdu, kad pirmenybė teikiama grafituotoms medžiagoms, nes grafitinimas labai sumažina pluošto paviršiaus plotą. Šių didelio paviršiaus medžiagų dujų išsiskyrimas labai sumažėja, o krosnies pumpavimas į tinkamą vakuumą trunka mažiau laiko. Kita yra C/C kompozicinė medžiaga, kuri pasižymi išskirtinėmis savybėmis, tokiomis kaip lengvas svoris, didelis atsparumas pažeidimams ir didelis stiprumas. Naudojamas šiluminiuose laukuose grafito detalėms pakeisti žymiai sumažina grafito dalių keitimo dažnumą, pagerina monokristalinę kokybę ir gamybos stabilumą.
Pagal žaliavų klasifikaciją, anglies veltinį galima suskirstyti į poliakrilonitrilo anglies veltinį, viskozės anglies veltinį ir pikio anglies veltinį.
Poliakrilnitrilo pagrindu pagamintas anglies veltinis turi didelį pelenų kiekį. Po apdorojimo aukštoje temperatūroje vienas pluoštas tampa trapus. Eksploatacijos metu lengvai susidaro dulkės, kurios teršia krosnies aplinką. Tuo pačiu metu pluoštas gali lengvai patekti į žmogaus kūno poras ir kvėpavimo takus, o tai kenkia žmogaus sveikatai. Viskozės pagrindu pagamintas anglies veltinis pasižymi geromis šilumos izoliacijos savybėmis. Jis yra gana minkštas po terminio apdorojimo ir nėra lengvas dulkių susidarymas. Tačiau viskozės pagrindu pagaminto žaliavinio pluošto skerspjūvis yra netaisyklingas, o pluošto paviršiuje yra daug griovelių. CZ silicio krosnies oksiduojančioje atmosferoje lengva generuoti tokias dujas kaip C02, dėl ko monokristalinėje silicio medžiagoje nusėda deguonis ir anglies elementai. Pagrindiniai gamintojai yra Vokietijos SGL ir kitos įmonės. Šiuo metu puslaidininkių monokristalinėje pramonėje plačiausiai naudojamas pikio pagrindu pagamintas anglies veltinis, kurio šilumos izoliacijos savybės yra prastesnės nei viskozės pagrindu pagamintos anglies veltinio, tačiau pikio anglies veltinio grynumas ir mažesnis dulkių išmetimas. Gamintojai yra Japonijos Kureha Chemical ir Osaka Gas.
Kadangi anglies veltinio forma nėra fiksuota, jį naudoti nepatogu. Dabar daugelis įmonių sukūrė naują termoizoliacinę medžiagą, pagamintą iš anglies veltinio kietinto anglies veltinio. Sukietėjęs anglies veltinis, dar vadinamas kietuoju veltiniu, yra anglies veltinis, turintis tam tikrą formą ir savaime išsilaiko po to, kai minkštas veltinis impregnuojamas derva, laminuojamas, sukietinamas ir karbonizuojamas.
Monokristalinio silicio augimo kokybę tiesiogiai veikia šiluminė aplinka, o anglies pluošto termoizoliacinės medžiagos šioje aplinkoje vaidina pagrindinį vaidmenį. Anglies pluošto šilumos izoliacijos minkštas veltinis vis dar turi didelį pranašumą fotovoltinių puslaidininkių pramonėje dėl savo sąnaudų pranašumo, puikaus šilumos izoliacijos efekto, lankstaus dizaino ir pritaikytos formos. Be to, anglies pluošto kietas termoizoliacinis veltinis turės didesnę plėtrą šiluminio lauko medžiagų rinkoje dėl savo tam tikro stiprumo ir didesnio funkcionalumo. Esame įsipareigoję atlikti tyrimus ir plėtrą termoizoliacinių medžiagų srityje ir nuolat optimizuoti gaminio veikimą, kad skatintume fotovoltinių puslaidininkių pramonės klestėjimą ir plėtrą.
Paskelbimo laikas: 2024-06-12