Il-proċess tat-tkabbir tas-silikon monokristallin jitwettaq kompletament fil-qasam termali. Qasam termali tajjeb iwassal għat-titjib tal-kwalità tal-kristalli u għandu effiċjenza ogħla ta 'kristallizzazzjoni. Id-disinn tal-qasam termali fil-biċċa l-kbira jiddetermina l-bidliet fil-gradjenti tat-temperatura fil-qasam termali dinamiku u l-fluss tal-gass fil-kamra tal-forn. Id-differenza fil-materjali użati fil-qasam termali tiddetermina direttament il-ħajja tas-servizz tal-qasam termali. Qasam termali mhux raġonevoli mhux biss huwa diffiċli biex jikbru kristalli li jissodisfaw ir-rekwiżiti ta 'kwalità, iżda wkoll ma jistgħux jikbru monokristallin komplut taħt ċerti rekwiżiti tal-proċess. Din hija r-raġuni għaliex l-industrija tas-silikon monokristallin direct-pull tqis id-disinn tal-kamp termali bħala l-aktar teknoloġija ewlenija u tinvesti ħaddiema enormi u riżorsi materjali fir-riċerka u l-iżvilupp tal-qasam termali.
Is-sistema termali hija magħmula minn diversi materjali tal-kamp termali. Aħna nintroduċu biss fil-qosor il-materjali użati fil-qasam termali. Fir-rigward tad-distribuzzjoni tat-temperatura fil-qasam termali u l-impatt tagħha fuq il-ġbid tal-kristall, mhux se janalizzawh hawn. Il-materjal tal-kamp termali jirreferi għall-istruttura u l-parti ta 'insulazzjoni termali fil-kamra tal-forn tal-vakwu tat-tkabbir tal-kristall, li hija essenzjali għall-ħolqien ta' distribuzzjoni xierqa tat-temperatura madwar it-tidwib tas-semikondutturi u l-kristall.
1. Materjal tal-istruttura tal-kamp termali
Il-materjal bażiku ta 'appoġġ għall-metodu ta' ġibda diretta biex jikber is-silikon monokristallin huwa grafita ta 'purità għolja. Materjali tal-grafita għandhom rwol importanti ħafna fl-industrija moderna. Jistgħu jintużaw bħala komponenti strutturali tal-kamp tas-sħana bħalħiters, tubi gwida, griġjoli, tubi ta 'insulazzjoni, trejs tal-griġjol, eċċ fil-preparazzjoni ta' silikon monokristallin bil-metodu Czochralski.
Materjali tal-grafitajintgħażlu minħabba li huma faċli biex jitħejjew f'volumi kbar, jistgħu jiġu pproċessati u huma reżistenti għal temperaturi għoljin. Il-karbonju fil-forma ta 'djamant jew grafita għandu punt ta' tidwib ogħla minn kwalunkwe element jew kompost. Materjali tal-grafita huma pjuttost b'saħħithom, speċjalment f'temperaturi għoljin, u l-konduttività elettrika u termali tagħhom hija wkoll pjuttost tajba. Il-konduttività elettrika tagħha tagħmilha adattata bħala aheatermaterjal. Għandu koeffiċjent ta 'konduttività termali sodisfaċenti, li jippermetti li s-sħana ġġenerata mill-heater titqassam b'mod uniformi mal-griġjol u partijiet oħra tal-qasam tas-sħana. Madankollu, f'temperaturi għoljin, speċjalment fuq distanzi twal, il-mod ewlieni tat-trasferiment tas-sħana huwa r-radjazzjoni.
Partijiet tal-grafita huma inizjalment magħmula minn partiċelli karboniċi fini mħallta ma 'binder u ffurmati permezz ta' estrużjoni jew ippressar iżostatiku. Partijiet tal-grafita ta 'kwalità għolja huma ġeneralment ippressati b'mod iżostatiku. Il-biċċa kollha hija l-ewwel karbonizzata u mbagħad grafitizzata f'temperaturi għoljin ħafna, qrib it-3000°C. Il-partijiet ipproċessati minn dawn il-biċċiet sħaħ huma ġeneralment ippurifikati f'atmosfera li fiha l-kloru f'temperaturi għoljin biex titneħħa l-kontaminazzjoni tal-metall biex tissodisfa r-rekwiżiti tal-industrija tas-semikondutturi. Madankollu, anke wara purifikazzjoni xierqa, il-livell ta 'kontaminazzjoni tal-metall huwa bosta ordnijiet ta' kobor ogħla minn dak permess għal materjali monokristallini tas-silikon. Għalhekk, għandha tingħata attenzjoni fid-disinn tal-kamp termali biex tiġi evitata l-kontaminazzjoni ta 'dawn il-komponenti milli jidħlu fil-wiċċ tat-tidwib jew tal-kristall.
Materjali tal-grafita huma kemmxejn permeabbli, li jagħmilha faċli għall-metall li jifdal ġewwa biex jilħaq il-wiċċ. Barra minn hekk, il-monossidu tas-silikon preżenti fil-gass tat-tindif madwar il-wiċċ tal-grafita jista 'jippenetra fil-biċċa l-kbira tal-materjali u jirreaġixxi.
Il-ħiters tal-forn tas-silikon monokristallin bikrija kienu magħmula minn metalli refrattorji bħal tungstenu u molibdenu. Bil-maturità dejjem tikber tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-grafita, il-proprjetajiet elettriċi tal-konnessjoni bejn il-komponenti tal-grafita saru stabbli, u l-ħiters tal-forn tas-silikon monokristallin issostitwixxu kompletament tungstenu, molibdenu u ħiters ta 'materjal ieħor. Fil-preżent, il-materjal tal-grafita l-aktar użat huwa l-grafita iżostatika. It-teknoloġija tal-preparazzjoni tal-grafita iżostatika ta 'pajjiżi hija relattivament b'lura, u ħafna mill-materjali tal-grafita użati fl-industrija fotovoltajka domestika huma importati minn barra. Manifatturi barranin tal-grafit iżostatiku jinkludu prinċipalment SGL tal-Ġermanja, Tokai Carbon tal-Ġappun, Toyo Tanso tal-Ġappun, eċċ Fi fran tas-silikon monokristallin Czochralski, xi kultant jintużaw materjali komposti C/C, u bdew jintużaw biex jimmanifatturaw boltijiet, ġewż, griġjoli, tagħbija pjanċi u komponenti oħra. Il-kompożiti tal-karbonju/karbonju (C/C) huma komposti bbażati fuq il-karbonju rinfurzati bil-fibra tal-karbonju b'serje ta 'proprjetajiet eċċellenti bħal saħħa speċifika għolja, modulu speċifiku għoli, koeffiċjent ta' espansjoni termika baxxa, konduttività elettrika tajba, toughness għolja ta 'ksur, gravità speċifika baxxa, reżistenza għal xokk termali, reżistenza għall-korrużjoni, u reżistenza għat-temperatura għolja. Fil-preżent, huma użati ħafna fl-ajruspazju, tlielaq, bijomaterjali u oqsma oħra bħala materjali strutturali ġodda reżistenti għat-temperatura għolja. Fil-preżent, il-konġestjonijiet ewlenin li jiltaqgħu magħhom il-komposti C/C domestiċi għadhom kwistjonijiet ta 'spejjeż u industrijalizzazzjoni.
Hemm ħafna materjali oħra użati biex isiru oqsma termali. Il-grafita rinfurzata bil-fibra tal-karbonju għandha proprjetajiet mekkaniċi aħjar; iżda huwa aktar għali u għandu rekwiżiti oħra għad-disinn.Karbur tas-silikon (SiC)huwa materjal aħjar mill-grafita f'ħafna aspetti, iżda huwa ħafna aktar għali u diffiċli biex jiġu ppreparati partijiet ta 'volum kbir. Madankollu, SiC spiss jintuża bħala aKisi CVDbiex tiżdied il-ħajja tal-partijiet tal-grafita esposti għal gass korrużiv tal-monossidu tas-silikon, u tista 'wkoll tnaqqas il-kontaminazzjoni mill-grafita. Il-kisja densa tal-karbur tas-silikon CVD tipprevjeni b'mod effettiv il-kontaminanti ġewwa l-materjal tal-grafita mikroporuża milli jaslu sal-wiċċ.
Ieħor huwa l-karbonju CVD, li jista 'wkoll jifforma saff dens 'il fuq mill-parti tal-grafita. Materjali oħra reżistenti għat-temperatura għolja, bħall-molibdenu jew materjali taċ-ċeramika li jistgħu jeżistu flimkien mal-ambjent, jistgħu jintużaw fejn ma jkun hemm l-ebda riskju ta 'kontaminazzjoni tat-tidwib. Madankollu, iċ-ċeramika tal-ossidu huma ġeneralment limitati fl-applikabilità tagħhom għal materjali tal-grafita f'temperaturi għoljin, u hemm ftit għażliet oħra jekk tkun meħtieġa insulazzjoni. Wieħed huwa nitrur tal-boron eżagonali (xi kultant imsejjaħ grafit abjad minħabba proprjetajiet simili), iżda l-proprjetajiet mekkaniċi huma fqar. Il-molibdenu ġeneralment jintuża b'mod raġonevoli għal sitwazzjonijiet ta 'temperatura għolja minħabba l-ispiża moderata tiegħu, ir-rata ta' diffużjoni baxxa fil-kristalli tas-silikon, u koeffiċjent ta 'segregazzjoni baxx ħafna ta' madwar 5 × 108, li jippermetti ċertu ammont ta 'kontaminazzjoni tal-molibdenu qabel ma teqred l-istruttura tal-kristall.
2. Materjali ta 'insulazzjoni termali
Il-materjal ta 'insulazzjoni l-aktar użat huwa l-karbonju feltru f'diversi forom. Il-feltru tal-karbonju huwa magħmul minn fibri rqaq, li jaġixxu bħala insulazzjoni minħabba li jimblokkaw ir-radjazzjoni termali diversi drabi fuq distanza qasira. Il-feltru tal-karbonju artab huwa minsuġ f'folji relattivament irqaq ta 'materjal, li mbagħad jinqatgħu fil-forma mixtieqa u mgħawġa sewwa f'raġġ raġonevoli. Il-feltri kkurati huma komposti minn materjali tal-fibra simili, u binder li jkun fih il-karbonju jintuża biex jgħaqqad il-fibri mxerrda f'oġġett aktar solidu u ffurmat. L-użu ta 'depożizzjoni ta' fwar kimiku tal-karbonju minflok binder jista 'jtejjeb il-proprjetajiet mekkaniċi tal-materjal.
Tipikament, il-wiċċ ta 'barra tal-feltru tal-kura tal-insulazzjoni termali huwa miksi b'kisja tal-grafita jew fojl kontinwu biex titnaqqas l-erożjoni u l-użu kif ukoll il-kontaminazzjoni tal-partikuli. Jeżistu wkoll tipi oħra ta 'materjali ta' insulazzjoni termali bbażati fuq il-karbonju, bħal fowm tal-karbonju. B'mod ġenerali, materjali grafitizzati huma ovvjament preferuti minħabba li l-grafitizzazzjoni tnaqqas ħafna l-erja tal-wiċċ tal-fibra. L-ħruġ tal-gass ta 'dawn il-materjali b'erja għolja ta' wiċċ jitnaqqas ħafna, u jieħu inqas ħin biex tippompja l-forn għal vakwu adattat. Ieħor huwa materjal kompost C/C, li għandu karatteristiċi pendenti bħal piż ħafif, tolleranza għolja għall-ħsara u qawwa għolja. Użat f'oqsma termali biex tissostitwixxi l-partijiet tal-grafita tnaqqas b'mod sinifikanti l-frekwenza tas-sostituzzjoni tal-partijiet tal-grafita, ittejjeb il-kwalità monokristallina u l-istabbiltà tal-produzzjoni.
Skont il-klassifikazzjoni tal-materja prima, il-feltru tal-karbonju jista 'jinqasam f'feltru tal-karbonju bbażat fuq polyacrylonitrile, feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viscose, u feltru tal-karbonju bbażat fuq iż-żift.
Il-feltru tal-karbonju bbażat fuq polyacrylonitrile għandu kontenut kbir ta 'rmied. Wara trattament b'temperatura għolja, il-fibra waħda ssir fraġli. Waqt it-tħaddim, huwa faċli li tiġġenera trab biex iħammeġ l-ambjent tal-forn. Fl-istess ħin, il-fibra tista 'faċilment tidħol fil-pori u l-passaġġ respiratorju tal-ġisem tal-bniedem, li huwa ta' ħsara għas-saħħa tal-bniedem. Il-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viscose għandu prestazzjoni tajba ta 'insulazzjoni termali. Huwa relattivament artab wara t-trattament tas-sħana u mhux faċli li tiġġenera t-trab. Madankollu, is-sezzjoni trasversali tal-fibra mhux maħduma bbażata fuq il-viscose hija irregolari, u hemm ħafna skanalaturi fuq il-wiċċ tal-fibra. Huwa faċli li tiġġenera gassijiet bħal C02 taħt l-atmosfera ossidanti tal-forn tas-silikon CZ, li tikkawża l-preċipitazzjoni ta 'ossiġnu u elementi tal-karbonju fil-materjal tas-silikon monokristallin. Il-manifatturi ewlenin jinkludu SGL Ġermaniż u kumpaniji oħra. Fil-preżent, l-aktar użat fl-industrija monokristallina tas-semikondutturi huwa l-feltru tal-karbonju bbażat fuq iż-żift, li għandu prestazzjoni agħar ta 'insulazzjoni termali mill-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viscose, iżda l-feltru tal-karbonju bbażat fuq iż-żift għandu purità ogħla u emissjoni ta' trab aktar baxxa. Il-manifatturi jinkludu Kureha Chemical tal-Ġappun u Osaka Gas.
Minħabba li l-forma tal-feltru tal-karbonju mhix fissa, huwa inkonvenjenti li topera. Issa ħafna kumpaniji żviluppaw materjal ġdid ta 'insulazzjoni termali bbażat fuq feltru tal-karbonju kkurat bil-feltru tal-karbonju. Il-feltru tal-karbonju vulkanizzat, imsejjaħ ukoll feltru iebes, huwa feltru tal-karbonju b'ċerta forma u proprjetà li ssostni lilu nnifsu wara li l-feltru artab ikun mimli bir-reżina, laminat, vulkanizzat u karbonizzat.
Il-kwalità tat-tkabbir tas-silikon monokristallin hija affettwata direttament mill-ambjent termali, u l-materjali ta 'insulazzjoni termali tal-fibra tal-karbonju għandhom rwol ewlieni f'dan l-ambjent. Il-feltru artab ta 'insulazzjoni termali tal-fibra tal-karbonju għad għandu vantaġġ sinifikanti fl-industrija tas-semikondutturi fotovoltajċi minħabba l-vantaġġ tal-ispiża tiegħu, effett eċċellenti ta' insulazzjoni termali, disinn flessibbli u forma customizable. Barra minn hekk, feltru ta 'insulazzjoni termali iebes tal-fibra tal-karbonju se jkollu spazju akbar ta' żvilupp fis-suq tal-materjal tal-kamp termali minħabba ċerta saħħa u operabilità ogħla tiegħu. Aħna impenjati għar-riċerka u l-iżvilupp fil-qasam tal-materjali ta 'insulazzjoni termali, u nottimizzaw kontinwament il-prestazzjoni tal-prodott biex nippromwovu l-prosperità u l-iżvilupp tal-industrija tas-semikondutturi fotovoltajċi.
Ħin tal-post: Ġunju-12-2024