Monokristāliskā silīcija augšanas process pilnībā tiek veikts termiskajā laukā. Labs termiskais lauks veicina kristālu kvalitātes uzlabošanos, un tam ir augstāka kristalizācijas efektivitāte. Termiskā lauka konstrukcija lielā mērā nosaka temperatūras gradientu izmaiņas dinamiskajā termiskajā laukā un gāzes plūsmu krāsns kamerā. Termiskajā laukā izmantoto materiālu atšķirība tieši nosaka termiskā lauka kalpošanas laiku. Nepamatots termiskais lauks ir ne tikai sarežģīti audzēt kristālus, kas atbilst kvalitātes prasībām, bet arī nevar izaugt pilnīgi monokristāliski saskaņā ar noteiktām procesa prasībām. Tāpēc tiešās vilkšanas monokristāliskā silīcija rūpniecība uzskata termisko lauku dizainu par galveno tehnoloģiju un iegulda milzīgus darbaspēka un materiālu resursus termiskā lauka pētniecībā un attīstībā.
Siltuma sistēma sastāv no dažādiem termiskā lauka materiāliem. Mēs tikai īsi iepazīstinām ar termiskajā laukā izmantotajiem materiāliem. Runājot par temperatūras sadalījumu termiskajā laukā un tā ietekmi uz kristāla vilkšanu, mēs to šeit neanalizēsim. Termiskā lauka materiāls attiecas uz struktūru un siltumizolācijas daļu vakuuma krāsns kristālu augšanas kamerā, kas ir būtiska, lai izveidotu atbilstošu temperatūras sadalījumu ap pusvadītāju kausējumu un kristālu.
1. Termiskā lauka struktūras materiāls
Pamatmateriāls tiešās vilkšanas metodei monokristāliskā silīcija audzēšanai ir augstas tīrības pakāpes grafīts. Grafīta materiāliem mūsdienu rūpniecībā ir ļoti liela nozīme. Tos var izmantot kā siltuma lauka konstrukcijas sastāvdaļas, piemēramsildītāji, vadošās caurules, tīģeļi, izolācijas caurules, tīģeļu paplātes u.c. monokristāliskā silīcija sagatavošanā pēc Czochralski metodes.
Grafīta materiālitiek izvēlēti, jo tie ir viegli pagatavojami lielos apjomos, ir apstrādājami un ir izturīgi pret augstām temperatūrām. Ogleklim dimanta vai grafīta formā ir augstāka kušanas temperatūra nekā jebkuram elementam vai savienojumam. Grafīta materiāli ir diezgan izturīgi, īpaši augstā temperatūrā, un arī to elektriskā un siltumvadītspēja ir diezgan laba. Tā elektriskā vadītspēja padara to piemērotu kā asildītājsmateriāls. Tam ir apmierinošs siltumvadītspējas koeficients, kas ļauj sildītāja radīto siltumu vienmērīgi sadalīt pa tīģeli un citām siltuma lauka daļām. Tomēr augstā temperatūrā, īpaši lielos attālumos, galvenais siltuma pārneses režīms ir starojums.
Grafīta daļas sākotnēji tiek izgatavotas no smalkām oglekli saturošām daļiņām, kas sajauktas ar saistvielu un tiek veidotas ar ekstrūzijas vai izostatiskās presēšanas palīdzību. Augstas kvalitātes grafīta detaļas parasti tiek izostatiski presētas. Viss gabals vispirms tiek karbonizēts un pēc tam grafitizēts ļoti augstā temperatūrā, tuvu 3000 ° C. No šiem veselajiem gabaliem apstrādātās detaļas parasti tiek attīrītas hloru saturošā atmosfērā augstā temperatūrā, lai noņemtu metāla piesārņojumu un atbilstu pusvadītāju rūpniecības prasībām. Tomēr pat pēc pienācīgas attīrīšanas metāla piesārņojuma līmenis ir par vairākām kārtām augstāks nekā pieļaujamais silīcija monokristāliskiem materiāliem. Tāpēc siltuma lauka projektēšanā jābūt uzmanīgiem, lai novērstu šo komponentu piesārņojuma iekļūšanu kausējuma vai kristāla virsmā.
Grafīta materiāli ir nedaudz caurlaidīgi, kas ļauj iekšpusē esošajam metālam viegli nokļūt virsmā. Turklāt silīcija monoksīds, kas atrodas izplūdes gāzē ap grafīta virsmu, var iekļūt lielākajā daļā materiālu un reaģēt.
Agrīnie monokristāliskā silīcija krāsns sildītāji tika izgatavoti no ugunsizturīgiem metāliem, piemēram, volframa un molibdēna. Pieaugot grafīta apstrādes tehnoloģijas briedumam, grafīta komponentu savienojuma elektriskās īpašības ir kļuvušas stabilas, un monokristāliskā silīcija krāsns sildītāji ir pilnībā aizstājuši volframa, molibdēna un citu materiālu sildītājus. Šobrīd visplašāk izmantotais grafīta materiāls ir izostatiskais grafīts. manas valsts izostatiskā grafīta sagatavošanas tehnoloģija ir salīdzinoši atpalikusi, un lielākā daļa grafīta materiālu, ko izmanto vietējā fotoelementu rūpniecībā, tiek importēti no ārvalstīm. Ārvalstu izostatiskā grafīta ražotāji galvenokārt ir Vācijas SGL, Japānas Tokai Carbon, Japānas Toyo Tanso uc Czochralski monokristāliskā silīcija krāsnīs dažreiz tiek izmantoti C/C kompozītmateriāli, un tos ir sākuši izmantot bultskrūvju, uzgriežņu, tīģeļu, kravas ražošanai. plāksnes un citas sastāvdaļas. Oglekļa/oglekļa (C/C) kompozītmateriāli ir ar oglekļa šķiedru pastiprināti uz oglekli balstīti kompozītmateriāli ar virkni izcilu īpašību, piemēram, augsta īpatnējā izturība, augsts īpatnējais modulis, zems termiskās izplešanās koeficients, laba elektrovadītspēja, augsta izturība pret lūzumiem, zems īpatnējais svars, termiskā triecienizturība, izturība pret koroziju un izturība pret augstu temperatūru. Pašlaik tos plaši izmanto kosmosa, sacīkšu, biomateriālu un citās jomās kā jaunus augstas temperatūras izturīgus konstrukcijas materiālus. Pašlaik galvenās vājās vietas, ar kurām saskaras vietējie C/C kompozītmateriāli, joprojām ir izmaksas un industrializācijas problēmas.
Termālo lauku veidošanai tiek izmantoti daudzi citi materiāli. Ar oglekļa šķiedru pastiprinātam grafītam ir labākas mehāniskās īpašības; bet tas ir dārgāks un tai ir citas prasības dizainam.Silīcija karbīds (SiC)daudzos aspektos ir labāks materiāls nekā grafīts, taču tas ir daudz dārgāks un grūtāk sagatavot liela apjoma detaļas. Tomēr SiC bieži izmanto kā aCVD pārklājumslai palielinātu grafīta detaļu kalpošanas laiku, kas pakļautas kodīgai silīcija monoksīda gāzei, kā arī var samazināt grafīta radīto piesārņojumu. Blīvs CVD silīcija karbīda pārklājums efektīvi novērš piesārņotāju nokļūšanu mikroporainā grafīta materiāla iekšpusē.
Vēl viens ir CVD ogleklis, kas var arī veidot blīvu slāni virs grafīta daļas. Citus augstas temperatūras izturīgus materiālus, piemēram, molibdēnu vai keramikas materiālus, kas var pastāvēt līdzās videi, var izmantot, ja nav kausējuma piesārņošanas riska. Tomēr oksīda keramikas pielietojamība grafīta materiāliem augstā temperatūrā parasti ir ierobežota, un ir dažas citas iespējas, ja nepieciešama izolācija. Viens no tiem ir sešstūrains bora nitrīds (līdzīgo īpašību dēļ dažkārt saukts par balto grafītu), taču mehāniskās īpašības ir sliktas. Molibdēnu parasti izmanto saprātīgi augstās temperatūras situācijās, jo tā izmaksas ir zemas, silīcija kristālos ir zems difūzijas ātrums un ļoti zems segregācijas koeficients, kas ir aptuveni 5 × 108, kas pieļauj zināmu molibdēna piesārņojumu pirms kristāla struktūras iznīcināšanas.
2. Siltumizolācijas materiāli
Visbiežāk izmantotais izolācijas materiāls ir oglekļa filcs dažādās formās. Oglekļa filcs ir izgatavots no plānām šķiedrām, kas darbojas kā izolācija, jo tās vairākas reizes bloķē siltuma starojumu nelielā attālumā. Mīkstais oglekļa filcs ir ieausts salīdzinoši plānās materiāla loksnēs, kuras pēc tam sagriež vēlamajā formā un cieši saliek saprātīgā rādiusā. Sacietējuši filci sastāv no līdzīgiem šķiedru materiāliem, un oglekli saturoša saistviela tiek izmantota, lai savienotu izkliedētās šķiedras cietākā un formas priekšmetā. Oglekļa ķīmiskās tvaika nogulsnēšanas izmantošana saistvielas vietā var uzlabot materiāla mehāniskās īpašības.
Parasti siltumizolācijas cietināšanas filca ārējā virsma ir pārklāta ar nepārtrauktu grafīta pārklājumu vai foliju, lai samazinātu eroziju un nodilumu, kā arī daļiņu piesārņojumu. Pastāv arī cita veida siltumizolācijas materiāli uz oglekļa bāzes, piemēram, oglekļa putas. Kopumā acīmredzami priekšroka tiek dota grafitizētiem materiāliem, jo grafitizācija ievērojami samazina šķiedras virsmas laukumu. Šo augstas virsmas materiālu izplūde ir ievērojami samazināta, un ir nepieciešams mazāk laika, lai sūknētu krāsni līdz piemērotam vakuumam. Vēl viens ir C/C kompozītmateriāls, kam ir izcilas īpašības, piemēram, viegls svars, augsta izturība pret bojājumiem un augsta izturība. Izmanto termiskajos laukos, lai nomainītu grafīta detaļas, ievērojami samazina grafīta detaļu nomaiņas biežumu, uzlabo monokristālisko kvalitāti un ražošanas stabilitāti.
Atbilstoši izejvielu klasifikācijai oglekļa filcu var iedalīt oglekļa filcē uz poliakrilnitrila bāzes, oglekļa filcē uz viskozes bāzes un oglekļa filcē uz piķa bāzes.
Oglekļa filcam uz poliakrilnitrila bāzes ir liels pelnu saturs. Pēc apstrādes augstā temperatūrā viena šķiedra kļūst trausla. Darbības laikā ir viegli radīt putekļus, kas piesārņo krāsns vidi. Tajā pašā laikā šķiedra var viegli iekļūt cilvēka ķermeņa porās un elpceļos, kas kaitē cilvēka veselībai. Viskozes bāzes oglekļa filcs ir labi siltumizolācijas rādītāji. Pēc termiskās apstrādes tas ir samērā mīksts un nav viegli radīt putekļus. Tomēr uz viskozes bāzes izgatavotās neapstrādātās šķiedras šķērsgriezums ir neregulārs, un uz šķiedras virsmas ir daudz rievu. CZ silīcija krāsns oksidējošā atmosfērā ir viegli radīt tādas gāzes kā C02, izraisot skābekļa un oglekļa elementu nogulsnēšanos monokristāliskā silīcija materiālā. Galvenie ražotāji ir Vācijas SGL un citi uzņēmumi. Pašlaik pusvadītāju monokristālisko rūpniecībā visplašāk tiek izmantots uz piķa bāzes veidots oglekļa filcs, kuram ir sliktāki siltumizolācijas rādītāji nekā uz viskozes bāzes veidotam oglekļa filcam, taču oglekļa filcam uz piķa bāzes ir augstāka tīrība un zemāka putekļu emisija. Ražotāji ietver Japānas Kureha Chemical un Osaka Gas.
Tā kā oglekļa filca forma nav fiksēta, tas ir neērti darboties. Tagad daudzi uzņēmumi ir izstrādājuši jaunu siltumizolācijas materiālu, kura pamatā ir oglekļa filca cietinātais oglekļa filcs. Sacietējis oglekļa filcs, saukts arī par cieto filcu, ir oglekļa filcs ar noteiktu formu un pašpietiekamām īpašībām pēc tam, kad mīkstais filcs ir piesūcināts ar sveķiem, laminēts, konservēts un karbonizēts.
Monokristāliskā silīcija augšanas kvalitāti tieši ietekmē termiskā vide, un oglekļa šķiedras siltumizolācijas materiāliem šajā vidē ir galvenā loma. Oglekļa šķiedras siltumizolācijas mīkstajam filcam joprojām ir ievērojamas priekšrocības fotoelektrisko pusvadītāju nozarē, pateicoties tās izmaksu priekšrocībām, lieliskajam siltumizolācijas efektam, elastīgam dizainam un pielāgojamai formai. Turklāt oglekļa šķiedras cietajam siltumizolācijas filcam būs lielāka attīstības telpa termiskā lauka materiālu tirgū, pateicoties tā noteiktajai izturībai un augstākai izmantojamībai. Mēs esam apņēmušies veikt pētniecību un attīstību siltumizolācijas materiālu jomā un nepārtraukti optimizēt produktu veiktspēju, lai veicinātu fotoelementu pusvadītāju nozares labklājību un attīstību.
Izlikšanas laiks: 12. jūnijs 2024