Процесот на раст на монокристалниот силициум целосно се изведува на термичко поле. Доброто термичко поле е погодно за подобрување на квалитетот на кристалите и има поголема ефикасност на кристализација. Дизајнот на термичкото поле во голема мера ги одредува промените во температурните градиенти во динамичкото термичко поле и протокот на гас во комората на печката. Разликата во материјалите што се користат во термичкото поле директно го одредува работниот век на термичкото поле. Неразумно термичко поле не само што е тешко да се одгледуваат кристали кои ги задоволуваат барањата за квалитет, туку и не можат да растат целосно монокристално под одредени барања на процесот. Ова е причината зошто индустријата за монокристални силициум со директно повлекување го смета дизајнот на термичките полиња како најсуштинската технологија и инвестира огромна работна сила и материјални ресурси во истражување и развој на термичко поле.
Термичкиот систем е составен од различни материјали за топлинско поле. Само накратко ги претставуваме материјалите што се користат во термичкото поле. Што се однесува до дистрибуцијата на температурата во термичкото поле и нејзиното влијание врз влечењето на кристалите, нема да го анализираме овде. Материјалот за топлинско поле се однесува на структурата и термоизолациониот дел во комората на вакуумската печка за раст на кристалите, што е од суштинско значење за создавање соодветна температурна дистрибуција околу топењето на полупроводникот и кристалот.
1. Материјал за структура на топлинско поле
Основниот потпорен материјал за методот со директно влечење за одгледување на монокристален силициум е графит со висока чистота. Графитните материјали играат многу важна улога во модерната индустрија. Тие можат да се користат како структурни компоненти на топлинско поле како што сегрејачи, водич цевки, садници, изолациони цевки, тацни за садници и др при подготовка на монокристален силициум по методот на Чохралски.
Графитни материјалисе избираат затоа што лесно се подготвуваат во големи количини, можат да се обработуваат и се отпорни на високи температури. Јаглеродот во форма на дијамант или графит има повисока точка на топење од кој било елемент или соединение. Графитните материјали се доста силни, особено на високи температури, а нивната електрична и топлинска спроводливост е исто така доста добра. Неговата електрична спроводливост го прави погоден како агрејачматеријал. Има задоволителен коефициент на топлинска спроводливост, што овозможува топлината што се создава од грејачот да биде рамномерно распоредена на садот и другите делови од топлотното поле. Меѓутоа, при високи температури, особено на долги растојанија, главниот начин на пренос на топлина е зрачењето.
Графитните делови првично се направени од фини јаглеродни честички измешани со врзивно средство и формирани со истиснување или изостатско притискање. Висококвалитетните графитни делови обично се изостатски притиснати. Целото парче прво се карбонизира, а потоа се графитизира на многу високи температури, блиску до 3000°C. Деловите обработени од овие цели парчиња обично се прочистуваат во атмосфера што содржи хлор на високи температури за да се отстрани металната контаминација за да се задоволат барањата на индустријата за полупроводници. Сепак, дури и по соодветно прочистување, нивото на метална контаминација е неколку реда повисоко од дозволеното за силициумски монокристални материјали. Затоа, мора да се внимава при дизајнот на термичкото поле за да се спречи контаминација на овие компоненти да навлезат во топената или кристалната површина.
Графитните материјали се малку пропустливи, што го олеснува преостанатиот метал внатре да стигне до површината. Покрај тоа, силициум моноксидот присутен во гасот за прочистување околу површината на графитот може да навлезе во повеќето материјали и да реагира.
Раните монокристални силициумски грејачи биле направени од огноотпорни метали како што се волфрам и молибден. Со зголемената зрелост на технологијата за обработка на графит, електричните својства на врската помеѓу графитните компоненти станаа стабилни, а грејачите на монокристални силициумски печки целосно ги заменија грејачите од волфрам, молибден и други материјали. Во моментов, најшироко користен графитен материјал е изостатскиот графит. Технологијата за подготовка на изостатски графит во мојата земја е релативно заостаната, а повеќето од графитните материјали што се користат во домашната фотоволтаична индустрија се увезуваат од странство. Странските производители на изостатски графит главно ги вклучуваат германскиот SGL, јапонскиот Tokai Carbon, јапонскиот Toyo Tanso итн. плочи и други компоненти. Јаглерод/јаглерод (C/C) композити се композити засновани на јаглерод армирани со јаглеродни влакна со низа одлични својства како што се висока специфична јачина, висок специфичен модул, низок коефициент на термичка експанзија, добра електрична спроводливост, висока цврстина при фрактура, ниска специфична тежина, Отпорност на термички шок, отпорност на корозија и отпорност на високи температури. Во моментов, тие се широко користени во воздушната, трките, биоматеријалите и други полиња како нови структурни материјали отпорни на високи температури. Во моментов, главните тесни грла со кои се соочуваат домашните C/C композити сè уште се прашањата за трошоците и индустријализацијата.
Постојат многу други материјали кои се користат за производство на топлински полиња. Графитот засилен со јаглеродни влакна има подобри механички својства; но е поскап и има други барања за дизајн.Силициум карбид (SiC)е подобар материјал од графитот во многу аспекти, но е многу поскап и тешко да се подготват делови со голем волумен. Сепак, SiC често се користи како аCVD облогада го зголеми животниот век на деловите од графит изложени на корозивен гас силикон моноксид, а исто така може да ја намали контаминацијата од графит. Густата CVD облога од силициум карбид ефикасно ги спречува загадувачите во внатрешноста на микропорозниот графитен материјал да стигнат до површината.
Друг е CVD јаглерод, кој исто така може да формира густ слој над графитниот дел. Други материјали отпорни на високи температури, како што се молибден или керамички материјали кои можат да коегзистираат со околината, може да се користат таму каде што не постои ризик од контаминирање на топењето. Сепак, оксидната керамика е генерално ограничена во нивната применливост на графитни материјали на високи температури, и има неколку други опции доколку е потребна изолација. Еден од нив е хексагонален бор нитрид (понекогаш се нарекува бел графит поради слични својства), но механичките својства се слаби. Молибденот генерално се користи разумно за ситуации со висока температура поради неговата умерена цена, ниската стапка на дифузија во силициумските кристали и многу нискиот коефициент на сегрегација од околу 5×108, што овозможува одредена количина на контаминација со молибден пред да се уништи кристалната структура.
2. Материјали за топлинска изолација
Најчесто користен изолационен материјал е јаглерод филц во различни форми. Јаглеродниот филц е направен од тенки влакна, кои делуваат како изолација бидејќи го блокираат топлинското зрачење повеќе пати на кратко растојание. Мекиот јаглероден филц е вткаен во релативно тенки листови од материјал, кои потоа се сечат во саканата форма и цврсто се свиткуваат во разумен радиус. Излечените филц се составени од слични влакна, а врзивно средство што содржи јаглерод се користи за поврзување на дисперзираните влакна во поцврст и обликуван предмет. Употребата на хемиско таложење на јаглерод со пареа наместо врзивно средство може да ги подобри механичките својства на материјалот.
Вообичаено, надворешната површина на филцот за лекување на топлинска изолација е обложена со континуирано графитна обвивка или фолија за да се намали ерозијата и абењето, како и контаминацијата со честички. Постојат и други видови на материјали за топлинска изолација базирани на јаглерод, како што е јаглеродна пена. Општо земено, графитизираните материјали очигледно се претпочитаат бидејќи графитизацијата во голема мера ја намалува површината на влакната. Испуштањето гас на овие материјали со висока површина е значително намалено и потребно е помалку време за да се испумпува печката до соодветен вакуум. Друг е C/C композитен материјал, кој има извонредни карактеристики како што се мала тежина, висока толеранција на оштетување и висока јачина. Се користи во термални полиња за замена на графитни делови значително ја намалува фреквенцијата на замена на делови од графит, го подобрува монокристалниот квалитет и стабилноста на производството.
Според класификацијата на суровините, јаглеродниот филц може да се подели на јаглероден филц заснован на полиакрилонитрил, јаглероден филц на база на вискоза и јаглероден филц базиран на висина.
Јаглеродниот филц базиран на полиакрилонитрил има голема содржина на пепел. По третман на висока температура, единечното влакно станува кршливо. За време на работата, лесно е да се генерира прашина за да се загади околината на печката. Во исто време, влакната лесно можат да навлезат во порите и респираторниот тракт на човечкото тело, што е штетно за здравјето на луѓето. Јаглеродниот филц базиран на вискоза има добри перформанси на топлинска изолација. Релативно е мек по термичка обработка и не е лесно да се создаде прашина. Сепак, пресекот на суровото влакно на база на вискоза е неправилен и има многу жлебови на површината на влакната. Лесно е да се генерираат гасови како што е C02 под оксидирачката атмосфера на силиконската печка CZ, предизвикувајќи таложење на кислород и јаглеродни елементи во монокристалниот силициумски материјал. Главните производители вклучуваат германски SGL и други компании. Во моментов, најшироко користен во полупроводничката монокристална индустрија е јаглеродниот филц заснован на теренот, кој има полоши перформанси на топлинска изолација од јаглеродниот филц базиран на вискоза, но јаглеродниот филц базиран на висина има поголема чистота и помала емисија на прашина. Производителите ги вклучуваат јапонската Kureha Chemical и Osaka Gas.
Бидејќи обликот на јаглеродниот филц не е фиксиран, незгодно е да се работи. Сега многу компании развија нов термоизолационен материјал заснован на јаглероден филц од јаглерод. Изработениот јаглероден филц, исто така наречен тврд филц, е јаглероден филц со одредена форма и самоодржливо својство откако мекиот филц е импрегниран со смола, ламиниран, стврднат и карбонизиран.
Квалитетот на растот на монокристалниот силициум е директно под влијание на топлинската средина, а материјалите за топлинска изолација од јаглеродни влакна играат клучна улога во оваа средина. Мекиот филц за топлинска изолација од јаглеродни влакна сè уште има значајна предност во индустријата за фотоволтаични полупроводници поради неговата предност во трошоците, одличниот ефект на топлинска изолација, флексибилен дизајн и приспособлива форма. Дополнително, филцот за тврда топлинска изолација од јаглеродни влакна ќе има поголем простор за развој на пазарот на материјали за топлинско поле поради неговата одредена јачина и поголема оперативност. Посветени сме на истражување и развој во областа на материјалите за топлинска изолација и континуирано ги оптимизираме перформансите на производот за да го промовираме просперитетот и развојот на индустријата за фотоволтаични полупроводници.
Време на објавување: Јуни-12-2024 година