Proses pertumbuhan silikon monohabluran sepenuhnya dijalankan dalam medan haba. Medan haba yang baik adalah kondusif untuk meningkatkan kualiti kristal dan mempunyai kecekapan penghabluran yang lebih tinggi. Reka bentuk medan haba sebahagian besarnya menentukan perubahan dalam kecerunan suhu dalam medan haba dinamik dan aliran gas dalam ruang relau. Perbezaan dalam bahan yang digunakan dalam medan haba secara langsung menentukan hayat perkhidmatan medan haba. Medan haba yang tidak munasabah bukan sahaja sukar untuk mengembangkan kristal yang memenuhi keperluan kualiti, tetapi juga tidak dapat mengembangkan monohablur lengkap di bawah keperluan proses tertentu. Inilah sebabnya mengapa industri silikon monohabluran tarik terus menganggap reka bentuk medan haba sebagai teknologi paling teras dan melabur tenaga kerja dan sumber bahan yang besar dalam penyelidikan dan pembangunan medan haba.
Sistem terma terdiri daripada pelbagai bahan medan haba. Kami hanya memperkenalkan secara ringkas bahan yang digunakan dalam bidang haba. Bagi taburan suhu dalam medan haba dan kesannya terhadap tarikan kristal, kami tidak akan menganalisisnya di sini. Bahan medan haba merujuk kepada struktur dan bahagian penebat haba dalam ruang relau vakum pertumbuhan kristal, yang penting untuk mewujudkan taburan suhu yang sesuai di sekitar cair dan kristal semikonduktor.
1. Bahan struktur medan haba
Bahan sokongan asas untuk kaedah tarik terus untuk mengembangkan silikon monohabluran ialah grafit ketulenan tinggi. Bahan grafit memainkan peranan yang sangat penting dalam industri moden. Ia boleh digunakan sebagai komponen struktur medan haba sepertipemanas, tiub panduan, mangkuk pijar, tiub penebat, dulang pijar, dsb. dalam penyediaan silikon monohabluran dengan kaedah Czochralski.
Bahan grafitdipilih kerana ia mudah disediakan dalam jumlah yang besar, boleh diproses dan tahan terhadap suhu tinggi. Karbon dalam bentuk berlian atau grafit mempunyai takat lebur yang lebih tinggi daripada sebarang unsur atau sebatian. Bahan grafit agak kuat, terutamanya pada suhu tinggi, dan kekonduksian elektrik dan habanya juga agak baik. Kekonduksian elektriknya menjadikannya sesuai sebagai apemanasbahan. Ia mempunyai pekali kekonduksian terma yang memuaskan, yang membolehkan haba yang dihasilkan oleh pemanas diagihkan secara sama rata ke mangkuk pijar dan bahagian lain medan haba. Walau bagaimanapun, pada suhu tinggi, terutamanya dalam jarak jauh, mod pemindahan haba utama ialah sinaran.
Bahagian grafit pada mulanya diperbuat daripada zarah berkarbon halus yang dicampur dengan pengikat dan dibentuk melalui penyemperitan atau penekanan isostatik. Bahagian grafit berkualiti tinggi biasanya ditekan secara isostatik. Seluruh bahagian dikarbonkan dahulu dan kemudian digrafikkan pada suhu yang sangat tinggi, hampir 3000°C. Bahagian yang diproses daripada keseluruhan kepingan ini biasanya disucikan dalam suasana yang mengandungi klorin pada suhu tinggi untuk menghilangkan pencemaran logam untuk memenuhi keperluan industri semikonduktor. Walau bagaimanapun, walaupun selepas penulenan yang betul, tahap pencemaran logam adalah beberapa urutan magnitud lebih tinggi daripada yang dibenarkan untuk bahan monohablur silikon. Oleh itu, penjagaan mesti diambil dalam reka bentuk medan haba untuk mengelakkan pencemaran komponen ini daripada memasuki permukaan cair atau kristal.
Bahan grafit sedikit telap, yang memudahkan baki logam di dalam mencapai permukaan. Di samping itu, silikon monoksida yang terdapat dalam gas pembersihan di sekeliling permukaan grafit boleh menembusi kebanyakan bahan dan bertindak balas.
Pemanas relau silikon monohablur awal dibuat daripada logam refraktori seperti tungsten dan molibdenum. Dengan peningkatan kematangan teknologi pemprosesan grafit, sifat elektrik sambungan antara komponen grafit telah menjadi stabil, dan pemanas relau silikon monohablur telah menggantikan sepenuhnya tungsten, molibdenum dan pemanas bahan lain. Pada masa ini, bahan grafit yang paling banyak digunakan ialah grafit isostatik. teknologi penyediaan grafit isostatik negara saya agak mundur, dan kebanyakan bahan grafit yang digunakan dalam industri fotovoltaik domestik diimport dari luar negara. Pengeluar grafit isostatik asing terutamanya termasuk SGL Jerman, Karbon Tokai Jepun, Toyo Tanso Jepun, dll. Dalam relau silikon monohabluran Czochralski, bahan komposit C/C kadangkala digunakan, dan ia telah mula digunakan untuk mengeluarkan bolt, nat, crucible, beban. plat dan komponen lain. Komposit karbon/karbon (C/C) ialah komposit berasaskan karbon bertetulang gentian karbon dengan siri sifat cemerlang seperti kekuatan tentu tinggi, modulus spesifik tinggi, pekali pengembangan haba yang rendah, kekonduksian elektrik yang baik, keliatan patah yang tinggi, graviti tentu rendah, rintangan kejutan haba, rintangan kakisan, dan rintangan suhu tinggi. Pada masa ini, ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, perlumbaan, biomaterial dan bidang lain sebagai bahan struktur tahan suhu tinggi yang baharu. Pada masa ini, kesesakan utama yang dihadapi oleh komposit C/C domestik ialah isu kos dan perindustrian.
Terdapat banyak bahan lain yang digunakan untuk membuat medan haba. Grafit bertetulang gentian karbon mempunyai sifat mekanikal yang lebih baik; tetapi ia lebih mahal dan mempunyai keperluan lain untuk reka bentuk.Silikon karbida (SiC)adalah bahan yang lebih baik daripada grafit dalam banyak aspek, tetapi ia jauh lebih mahal dan sukar untuk menyediakan bahagian volum besar. Walau bagaimanapun, SiC sering digunakan sebagai aSalutan CVDuntuk meningkatkan hayat bahagian grafit yang terdedah kepada gas silikon monoksida yang menghakis, dan juga boleh mengurangkan pencemaran daripada grafit. Salutan silikon karbida CVD padat dengan berkesan menghalang bahan cemar di dalam bahan grafit mikroliang daripada sampai ke permukaan.
Satu lagi ialah karbon CVD, yang juga boleh membentuk lapisan padat di atas bahagian grafit. Bahan tahan suhu tinggi yang lain, seperti bahan molibdenum atau seramik yang boleh wujud bersama alam sekitar, boleh digunakan di mana tiada risiko mencemarkan leburan. Walau bagaimanapun, seramik oksida biasanya terhad dalam kebolehgunaannya pada bahan grafit pada suhu tinggi, dan terdapat beberapa pilihan lain jika penebat diperlukan. Salah satunya ialah boron nitrida heksagon (kadang-kadang dipanggil grafit putih kerana sifat yang serupa), tetapi sifat mekanikalnya lemah. Molibdenum biasanya digunakan secara munasabah untuk keadaan suhu tinggi kerana kosnya yang sederhana, kadar resapan yang rendah dalam kristal silikon, dan pekali pengasingan yang sangat rendah kira-kira 5 × 108, yang membolehkan sejumlah pencemaran molibdenum sebelum memusnahkan struktur kristal.
2. Bahan penebat haba
Bahan penebat yang paling biasa digunakan ialah karbon felt dalam pelbagai bentuk. Terasa karbon diperbuat daripada gentian nipis, yang bertindak sebagai penebat kerana ia menyekat sinaran haba beberapa kali dalam jarak yang dekat. Teras karbon lembut ditenun menjadi kepingan bahan yang agak nipis, yang kemudiannya dipotong mengikut bentuk yang diingini dan dibengkokkan dengan ketat ke dalam jejari yang munasabah. Teras yang diawet terdiri daripada bahan gentian yang serupa, dan pengikat yang mengandungi karbon digunakan untuk menyambungkan gentian yang tersebar ke dalam objek yang lebih pepejal dan berbentuk. Penggunaan pemendapan wap kimia karbon dan bukannya pengikat boleh meningkatkan sifat mekanikal bahan.
Lazimnya, permukaan luar pengawetan penebat haba dirasai disalut dengan salutan atau kerajang grafit berterusan untuk mengurangkan hakisan dan haus serta pencemaran zarah. Jenis bahan penebat haba berasaskan karbon lain juga wujud, seperti buih karbon. Secara amnya, bahan bergrafit jelas lebih disukai kerana grafitisasi sangat mengurangkan luas permukaan gentian. Gas keluar bahan-bahan kawasan permukaan tinggi ini dikurangkan dengan banyaknya, dan ia mengambil sedikit masa untuk mengepam relau ke vakum yang sesuai. Satu lagi ialah bahan komposit C/C, yang mempunyai ciri-ciri cemerlang seperti berat ringan, toleransi kerosakan yang tinggi dan kekuatan tinggi. Digunakan dalam medan haba untuk menggantikan bahagian grafit dengan ketara mengurangkan kekerapan penggantian bahagian grafit, meningkatkan kualiti monohabluran dan kestabilan pengeluaran.
Mengikut klasifikasi bahan mentah, rasa karbon boleh dibahagikan kepada rasa karbon berasaskan poliakrilonitril, rasa karbon berasaskan viscose, dan rasa karbon berasaskan padang.
Terasa karbon berasaskan poliakrilonitril mempunyai kandungan abu yang besar. Selepas rawatan suhu tinggi, gentian tunggal menjadi rapuh. Semasa operasi, mudah untuk menghasilkan habuk untuk mencemarkan persekitaran relau. Pada masa yang sama, serat boleh dengan mudah memasuki liang dan saluran pernafasan badan manusia, yang berbahaya kepada kesihatan manusia. Rasa karbon berasaskan viscose mempunyai prestasi penebat haba yang baik. Ia agak lembut selepas rawatan haba dan tidak mudah menghasilkan habuk. Walau bagaimanapun, keratan rentas gentian mentah berasaskan viscose adalah tidak teratur, dan terdapat banyak alur pada permukaan gentian. Ia mudah untuk menjana gas seperti C02 di bawah suasana pengoksidaan relau silikon CZ, menyebabkan pemendakan unsur oksigen dan karbon dalam bahan silikon monohabluran. Pengeluar utama termasuk SGL Jerman dan syarikat lain. Pada masa ini, yang paling banyak digunakan dalam industri monohablur semikonduktor ialah berasa karbon berasaskan padang, yang mempunyai prestasi penebat haba yang lebih teruk daripada berasa karbon berasaskan viscose, tetapi berasa karbon berasaskan padang mempunyai ketulenan yang lebih tinggi dan pelepasan habuk yang lebih rendah. Pengeluar termasuk Kureha Chemical dan Gas Osaka Jepun.
Kerana bentuk karbon felt tidak tetap, ia menyusahkan untuk beroperasi. Kini banyak syarikat telah membangunkan bahan penebat haba baharu berdasarkan rasa karbon yang telah dirasai karbon. Terasa karbon yang telah diawet, juga dipanggil terasa keras, ialah rasa karbon dengan bentuk tertentu dan sifat mampan sendiri selepas kain terasa lembut diresapi dengan resin, berlamina, diawet dan berkarbonat.
Kualiti pertumbuhan silikon monohabluran dipengaruhi secara langsung oleh persekitaran terma, dan bahan penebat haba gentian karbon memainkan peranan penting dalam persekitaran ini. Terasa lembut penebat haba gentian karbon masih mempunyai kelebihan ketara dalam industri semikonduktor fotovoltaik kerana kelebihan kosnya, kesan penebat haba yang sangat baik, reka bentuk fleksibel dan bentuk yang boleh disesuaikan. Di samping itu, penebat haba keras gentian karbon dirasakan akan mempunyai ruang pembangunan yang lebih besar dalam pasaran bahan medan haba kerana kekuatan tertentu dan kebolehkendaliannya yang lebih tinggi. Kami komited untuk penyelidikan dan pembangunan dalam bidang bahan penebat haba, dan terus mengoptimumkan prestasi produk untuk menggalakkan kemakmuran dan pembangunan industri semikonduktor fotovoltaik.
Masa siaran: Jun-12-2024