मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या वाढीची गुणवत्ता निर्धारित करणारी महत्त्वपूर्ण सामग्री - थर्मल फील्ड

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनची वाढ प्रक्रिया पूर्णपणे थर्मल फील्डमध्ये चालते. एक चांगले थर्मल फील्ड क्रिस्टल्सची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी अनुकूल आहे आणि उच्च क्रिस्टलीकरण कार्यक्षमता आहे. थर्मल फील्डची रचना डायनॅमिक थर्मल फील्डमधील तापमान ग्रेडियंटमधील बदल आणि फर्नेस चेंबरमध्ये गॅसचा प्रवाह मुख्यत्वे निर्धारित करते. थर्मल फील्डमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीमधील फरक थेट थर्मल फील्डचे सेवा जीवन निर्धारित करते. अवास्तव थर्मल फील्ड केवळ गुणवत्ता आवश्यकता पूर्ण करणारे क्रिस्टल्स वाढवणे कठीण नाही, परंतु विशिष्ट प्रक्रियेच्या आवश्यकतेनुसार संपूर्ण मोनोक्रिस्टलाइन देखील वाढू शकत नाही. म्हणूनच डायरेक्ट-पुल मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योग थर्मल फील्ड डिझाइनला सर्वात प्रमुख तंत्रज्ञान मानतो आणि थर्मल फील्ड संशोधन आणि विकासामध्ये प्रचंड मनुष्यबळ आणि भौतिक संसाधनांची गुंतवणूक करतो.

थर्मल सिस्टम विविध थर्मल फील्ड सामग्री बनलेले आहे. आम्ही थर्मल फील्डमध्ये वापरल्या जाणार्या सामग्रीचा थोडक्यात परिचय देतो. थर्मल फील्डमधील तापमान वितरण आणि क्रिस्टल पुलिंगवर त्याचा प्रभाव याबद्दल, आम्ही येथे त्याचे विश्लेषण करणार नाही. थर्मल फील्ड मटेरियल क्रिस्टल ग्रोथच्या व्हॅक्यूम फर्नेस चेंबरमधील रचना आणि थर्मल इन्सुलेशन भागाचा संदर्भ देते, जे सेमीकंडक्टर वितळणे आणि क्रिस्टलभोवती योग्य तापमान वितरण तयार करण्यासाठी आवश्यक आहे.

1. थर्मल फील्ड संरचना सामग्री

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वाढवण्यासाठी डायरेक्ट-पुल पद्धतीसाठी मूलभूत आधार सामग्री उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट आहे. आधुनिक उद्योगात ग्रेफाइट साहित्य खूप महत्त्वाची भूमिका बजावते. ते उष्णता क्षेत्र स्ट्रक्चरल घटक जसे वापरले जाऊ शकतेहीटर्स, मार्गदर्शक नळ्या, क्रूसिबल, झोक्राल्स्की पद्धतीने मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन तयार करताना इन्सुलेशन ट्यूब, क्रूसिबल ट्रे इ.

ग्रेफाइट साहित्यनिवडले जातात कारण ते मोठ्या प्रमाणात तयार करणे सोपे आहे, त्यावर प्रक्रिया केली जाऊ शकते आणि उच्च तापमानास प्रतिरोधक आहे. डायमंड किंवा ग्रेफाइटच्या स्वरूपात असलेल्या कार्बनचा वितळण्याचा बिंदू कोणत्याही घटक किंवा संयुगापेक्षा जास्त असतो. ग्रेफाइट मटेरियल खूप मजबूत असतात, विशेषत: उच्च तापमानात, आणि त्यांची विद्युत आणि थर्मल चालकता देखील चांगली असते. त्याची विद्युत चालकता त्याला योग्य बनवतेहीटरसाहित्य यात समाधानकारक थर्मल चालकता गुणांक आहे, ज्यामुळे हीटरद्वारे निर्माण होणारी उष्णता क्रूसिबल आणि उष्णता क्षेत्राच्या इतर भागांमध्ये समान रीतीने वितरित केली जाऊ शकते. तथापि, उच्च तापमानात, विशेषत: लांब अंतरावर, मुख्य उष्णता हस्तांतरण मोड रेडिएशन आहे.

ग्रेफाइटचे भाग सुरुवातीला बाईंडरमध्ये मिसळून सूक्ष्म कार्बनी कणांपासून बनवले जातात आणि एक्सट्रूझन किंवा आयसोस्टॅटिक दाबून तयार होतात. उच्च-गुणवत्तेचे ग्रेफाइट भाग सहसा आयसोस्टॅटिकली दाबले जातात. संपूर्ण तुकडा प्रथम कार्बनीकृत केला जातो आणि नंतर 3000 डिग्री सेल्सिअसच्या अगदी उच्च तापमानात ग्रेफाइट केला जातो. सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी या संपूर्ण तुकड्यांमधून प्रक्रिया केलेले भाग सामान्यत: उच्च तापमानात क्लोरीनयुक्त वातावरणात शुद्ध केले जातात. तथापि, योग्य शुद्धीकरणानंतरही, धातूच्या दूषिततेची पातळी सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन सामग्रीसाठी परवानगी असलेल्या प्रमाणापेक्षा कितीतरी जास्त प्रमाणात असते. म्हणून, थर्मल फील्ड डिझाइनमध्ये या घटकांचे वितळणे किंवा क्रिस्टल पृष्ठभागावर प्रवेश करण्यापासून दूषित होऊ नये म्हणून काळजी घेणे आवश्यक आहे.

ग्रेफाइट सामग्री थोडीशी झिरपण्यायोग्य असते, ज्यामुळे आतील उर्वरित धातू पृष्ठभागावर पोहोचणे सोपे होते. याव्यतिरिक्त, ग्रेफाइट पृष्ठभागाभोवती शुद्ध वायूमध्ये उपस्थित असलेले सिलिकॉन मोनोऑक्साइड बहुतेक पदार्थांमध्ये प्रवेश करू शकतात आणि प्रतिक्रिया देऊ शकतात.

सुरुवातीचे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर्स टंगस्टन आणि मॉलिब्डेनम सारख्या रीफ्रॅक्टरी धातूपासून बनलेले होते. ग्रेफाइट प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या वाढत्या परिपक्वतासह, ग्रेफाइट घटकांमधील कनेक्शनचे विद्युत गुणधर्म स्थिर झाले आहेत आणि मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर्सने टंगस्टन, मॉलिब्डेनम आणि इतर सामग्रीच्या हीटर्सची पूर्णपणे जागा घेतली आहे. सध्या, सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे ग्रेफाइट सामग्री आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइट आहे. माझ्या देशाचे आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइट तयार करण्याचे तंत्रज्ञान तुलनेने मागासलेले आहे आणि देशांतर्गत फोटोव्होल्टेइक उद्योगात वापरले जाणारे बहुतेक ग्रेफाइट साहित्य परदेशातून आयात केले जाते. परदेशी आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइट उत्पादकांमध्ये प्रामुख्याने जर्मनीचे SGL, जपानचे टोकाई कार्बन, जपानचे टोयो टॅन्सो इत्यादींचा समावेश होतो. झोक्राल्स्की मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन भट्टीमध्ये, सी/सी संमिश्र सामग्रीचा वापर कधीकधी केला जातो आणि ते बोल्ट, नट, क्रुसिबल, लोड तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ लागले आहेत. प्लेट्स आणि इतर घटक. कार्बन/कार्बन (C/C) कंपोझिट हे कार्बन फायबर प्रबलित कार्बन-आधारित संमिश्र आहेत ज्यामध्ये उच्च विशिष्ट शक्ती, उच्च विशिष्ट मॉड्यूलस, कमी थर्मल विस्तार गुणांक, चांगली विद्युत चालकता, उच्च फ्रॅक्चर कडकपणा, कमी विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण, यासारख्या उत्कृष्ट गुणधर्मांची मालिका असते. थर्मल शॉक प्रतिरोध, गंज प्रतिकार आणि उच्च तापमान प्रतिकार. सध्या, ते नवीन उच्च-तापमान प्रतिरोधक संरचनात्मक साहित्य म्हणून एरोस्पेस, रेसिंग, बायोमटेरियल आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. सध्या, देशांतर्गत C/C कंपोझिट्समध्ये मुख्य अडथळे अजूनही खर्च आणि औद्योगिकीकरण समस्या आहेत.

थर्मल फील्ड तयार करण्यासाठी इतर अनेक साहित्य वापरले जातात. कार्बन फायबर प्रबलित ग्रेफाइटमध्ये चांगले यांत्रिक गुणधर्म आहेत; परंतु ते अधिक महाग आहे आणि डिझाइनसाठी इतर आवश्यकता आहेत.सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)अनेक बाबींमध्ये ग्रेफाइटपेक्षा चांगली सामग्री आहे, परंतु मोठ्या आकाराचे भाग तयार करणे अधिक महाग आणि कठीण आहे. तथापि, SiC अनेकदा a म्हणून वापरले जातेसीव्हीडी कोटिंगसंक्षारक सिलिकॉन मोनोऑक्साइड वायूच्या संपर्कात असलेल्या ग्रेफाइट भागांचे आयुष्य वाढवण्यासाठी आणि ग्रेफाइटपासून होणारे दूषितपणा देखील कमी करू शकते. दाट CVD सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग प्रभावीपणे मायक्रोपोरस ग्रेफाइट सामग्रीच्या आतील दूषित घटकांना पृष्ठभागावर पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करते.

दुसरा CVD कार्बन आहे, जो ग्रेफाइट भागाच्या वर एक दाट थर देखील बनवू शकतो. इतर उच्च तापमान प्रतिरोधक साहित्य, जसे की मॉलिब्डेनम किंवा सिरॅमिक पदार्थ जे वातावरणात एकत्र राहू शकतात, जेथे वितळणे दूषित होण्याचा धोका नाही तेथे वापरला जाऊ शकतो. तथापि, ऑक्साईड सिरॅमिक्स सामान्यत: उच्च तापमानात ग्रेफाइट सामग्रीसाठी त्यांच्या लागू होण्यामध्ये मर्यादित असतात आणि जर इन्सुलेशन आवश्यक असेल तर इतर काही पर्याय आहेत. एक म्हणजे षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (कधीकधी समान गुणधर्मांमुळे पांढरा ग्रेफाइट म्हणतात), परंतु यांत्रिक गुणधर्म खराब आहेत. मॉलिब्डेनम सामान्यत: उच्च तापमान परिस्थितींसाठी वाजवीपणे वापरला जातो कारण त्याची मध्यम किंमत, सिलिकॉन क्रिस्टल्समध्ये कमी प्रसार दर आणि सुमारे 5×108 च्या अत्यंत कमी पृथक्करण गुणांक, जे क्रिस्टल संरचना नष्ट करण्यापूर्वी ठराविक प्रमाणात मॉलिब्डेनम दूषित होण्यास परवानगी देते.

2. थर्मल पृथक् साहित्य

सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी इन्सुलेशन सामग्री म्हणजे कार्बन विविध स्वरूपात जाणवते. कार्बन फील पातळ तंतूंनी बनलेला असतो, जे इन्सुलेशन म्हणून काम करतात कारण ते थर्मल रेडिएशन थोड्या अंतरावर अनेक वेळा अवरोधित करतात. मऊ कार्बन फील मटेरियलच्या तुलनेने पातळ शीटमध्ये विणला जातो, जो नंतर इच्छित आकारात कापला जातो आणि वाजवी त्रिज्यामध्ये घट्टपणे वाकलेला असतो. बरे झालेले फेल्ट्स सारख्याच फायबर सामग्रीचे बनलेले असतात आणि विखुरलेल्या तंतूंना अधिक घन आणि आकाराच्या वस्तूमध्ये जोडण्यासाठी कार्बन युक्त बाईंडरचा वापर केला जातो. बाइंडरऐवजी कार्बनचे रासायनिक वाष्प साठा वापरल्याने सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारू शकतात.

सामान्यतः, थर्मल इन्सुलेशन क्युरिंग फीलच्या बाह्य पृष्ठभागावर सतत ग्रेफाइट कोटिंग किंवा फॉइलसह लेपित केले जाते ज्यामुळे इरोशन आणि पोशाख तसेच कण दूषित होणे कमी होते. इतर प्रकारचे कार्बन-आधारित थर्मल इन्सुलेशन सामग्री देखील अस्तित्वात आहे, जसे की कार्बन फोम. सर्वसाधारणपणे, ग्राफिटाइज्ड सामग्रीला प्राधान्य दिले जाते कारण ग्राफिटायझेशन फायबरच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोठ्या प्रमाणात कमी करते. या उच्च-पृष्ठभाग-क्षेत्रातील सामग्रीचे आउटगॅसिंग मोठ्या प्रमाणात कमी होते आणि भट्टीला योग्य व्हॅक्यूममध्ये पंप करण्यासाठी कमी वेळ लागतो. आणखी एक म्हणजे C/C संमिश्र सामग्री, ज्यामध्ये हलके वजन, उच्च नुकसान सहनशीलता आणि उच्च सामर्थ्य यासारखी उत्कृष्ट वैशिष्ट्ये आहेत. ग्रेफाइट भाग बदलण्यासाठी थर्मल फील्डमध्ये वापरलेले ग्रेफाइट भाग बदलण्याची वारंवारता लक्षणीयरीत्या कमी करते, मोनोक्रिस्टलाइन गुणवत्ता आणि उत्पादन स्थिरता सुधारते.

कच्च्या मालाच्या वर्गीकरणानुसार, कार्बन वाटले पॉलीएक्रिलोनिट्रिल-आधारित कार्बन वाटले, व्हिस्कोस-आधारित कार्बन वाटले आणि पिच-आधारित कार्बन वाटले.
Polyacrylonitrile-आधारित कार्बन फीलमध्ये मोठ्या प्रमाणात राख असते. उच्च-तापमान उपचारानंतर, एकल फायबर ठिसूळ बनते. ऑपरेशन दरम्यान, भट्टीचे वातावरण प्रदूषित करण्यासाठी धूळ निर्माण करणे सोपे आहे. त्याच वेळी, फायबर मानवी शरीराच्या छिद्रांमध्ये आणि श्वसनमार्गामध्ये सहजपणे प्रवेश करू शकतो, जे मानवी आरोग्यासाठी हानिकारक आहे. व्हिस्कोस-आधारित कार्बन फीलमध्ये थर्मल इन्सुलेशन कामगिरी चांगली आहे. उष्णता उपचारानंतर ते तुलनेने मऊ आहे आणि धूळ निर्माण करणे सोपे नाही. तथापि, व्हिस्कोस-आधारित कच्च्या फायबरचा क्रॉस-सेक्शन अनियमित आहे आणि फायबरच्या पृष्ठभागावर अनेक खोबणी आहेत. CZ सिलिकॉन भट्टीच्या ऑक्सिडायझिंग वातावरणात C02 सारखे वायू निर्माण करणे सोपे आहे, ज्यामुळे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सामग्रीमध्ये ऑक्सिजन आणि कार्बन घटकांचा वर्षाव होतो. मुख्य उत्पादकांमध्ये जर्मन SGL आणि इतर कंपन्या समाविष्ट आहेत. सध्या, सेमीकंडक्टर मोनोक्रिस्टलाइन उद्योगात सर्वात जास्त प्रमाणात वापरला जाणारा पिच-आधारित कार्बन फील आहे, ज्याची थर्मल इन्सुलेशन कार्यक्षमता व्हिस्कोस-आधारित कार्बन फील्डपेक्षा वाईट आहे, परंतु पिच-आधारित कार्बन फीलमध्ये उच्च शुद्धता आणि कमी धूळ उत्सर्जन आहे. उत्पादकांमध्ये जपानचे कुरेहा केमिकल आणि ओसाका गॅस यांचा समावेश आहे.
कार्बन फील्डचा आकार निश्चित नसल्यामुळे ते ऑपरेट करणे गैरसोयीचे आहे. आता बऱ्याच कंपन्यांनी कार्बन फील्ट-क्युर्ड कार्बन फील्डवर आधारित नवीन थर्मल इन्सुलेशन सामग्री विकसित केली आहे. क्युर्ड कार्बन फील, ज्याला हार्ड फील देखील म्हणतात, हा एक कार्बन आहे ज्याला विशिष्ट आकाराचा आणि स्वयं-टिकाऊ गुणधर्माचा सॉफ्ट फील राळ, लॅमिनेटेड, क्युर्ड आणि कार्बनयुक्त झाल्यानंतर जाणवला जातो.

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या वाढीच्या गुणवत्तेवर थेट थर्मल वातावरणाचा परिणाम होतो आणि कार्बन फायबर थर्मल इन्सुलेशन सामग्री या वातावरणात महत्त्वाची भूमिका बजावते. कार्बन फायबर थर्मल इन्सुलेशन सॉफ्ट फील्डला फोटोव्होल्टेइक सेमीकंडक्टर उद्योगात अजूनही महत्त्वपूर्ण फायदा आहे कारण त्याचा किमतीचा फायदा, उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन प्रभाव, लवचिक डिझाइन आणि सानुकूल आकार. याव्यतिरिक्त, कार्बन फायबर हार्ड थर्मल इन्सुलेशनला त्याच्या विशिष्ट सामर्थ्यामुळे आणि उच्च कार्यक्षमतेमुळे थर्मल फील्ड मटेरियल मार्केटमध्ये जास्त विकास जागा असेल. आम्ही थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीच्या क्षेत्रात संशोधन आणि विकासासाठी वचनबद्ध आहोत आणि फोटोव्होल्टेइक सेमीकंडक्टर उद्योगाची समृद्धी आणि विकासाला प्रोत्साहन देण्यासाठी उत्पादनाची कामगिरी सतत अनुकूल करत आहोत.