Vekstprosessen av monokrystallinsk silisium utføres fullstendig i det termiske feltet. Et godt termisk felt bidrar til å forbedre kvaliteten på krystaller og har en høyere krystalliseringseffektivitet. Utformingen av det termiske feltet bestemmer i stor grad endringene i temperaturgradienter i det dynamiske termiske feltet og strømmen av gass i ovnskammeret. Forskjellen i materialene som brukes i det termiske feltet bestemmer direkte levetiden til det termiske feltet. Et urimelig termisk felt er ikke bare vanskelig å dyrke krystaller som oppfyller kvalitetskrav, men kan heller ikke vokse fullstendig monokrystallinsk under visse prosesskrav. Dette er grunnen til at den direkte trekkende monokrystallinske silisiumindustrien ser på termisk feltdesign som den mest kjerneteknologi og investerer enorme arbeidskraft og materielle ressurser i termisk feltforskning og utvikling.
Det termiske systemet er sammensatt av ulike termiske feltmaterialer. Vi introduserer bare kort materialene som brukes i det termiske feltet. Når det gjelder temperaturfordelingen i det termiske feltet og dets innvirkning på krystalltrekking, vil vi ikke analysere det her. Det termiske feltmaterialet refererer til strukturen og den termiske isolasjonsdelen i vakuumovnskammeret for krystallvekst, som er avgjørende for å skape en passende temperaturfordeling rundt halvledersmelten og krystallen.
1. Termisk feltstrukturmateriale
Det grunnleggende støttematerialet for direktetrekkmetoden for å dyrke monokrystallinsk silisium er grafitt med høy renhet. Grafittmaterialer spiller en svært viktig rolle i moderne industri. De kan brukes som varmefelt strukturelle komponenter som f.eksvarmeovner, føringsrør, digler, isolasjonsrør, digelbrett, etc. ved fremstilling av monokrystallinsk silisium ved Czochralski-metoden.
Grafittmaterialervelges fordi de er enkle å tilberede i store volumer, kan bearbeides og er motstandsdyktige mot høye temperaturer. Karbon i form av diamant eller grafitt har et høyere smeltepunkt enn noe element eller forbindelse. Grafittmaterialer er ganske sterke, spesielt ved høye temperaturer, og deres elektriske og termiske ledningsevne er også ganske god. Dens elektriske ledningsevne gjør den egnet som envarmeapparatmateriale. Den har en tilfredsstillende varmeledningskoeffisient, som gjør at varmen som genereres av varmeren kan fordeles jevnt til digelen og andre deler av varmefeltet. Men ved høye temperaturer, spesielt over lange avstander, er den viktigste varmeoverføringsmodusen stråling.
Grafittdeler er i utgangspunktet laget av fine karbonholdige partikler blandet med et bindemiddel og dannet ved ekstrudering eller isostatisk pressing. Grafittdeler av høy kvalitet blir vanligvis isostatisk presset. Hele stykket blir først karbonisert og deretter grafittisert ved svært høye temperaturer, nær 3000°C. Delene som behandles fra disse hele stykkene blir vanligvis renset i en klorholdig atmosfære ved høye temperaturer for å fjerne metallforurensning for å oppfylle kravene til halvlederindustrien. Selv etter riktig rensing er imidlertid nivået av metallforurensning flere størrelsesordener høyere enn det som er tillatt for monokrystallinske silisiummaterialer. Derfor må det utvises forsiktighet i det termiske feltdesignet for å forhindre at forurensning av disse komponentene kommer inn i smelte- eller krystalloverflaten.
Grafittmaterialer er svakt permeable, noe som gjør det lett for gjenværende metall inni å nå overflaten. I tillegg kan silisiummonoksidet som finnes i rensegassen rundt grafittoverflaten trenge inn i de fleste materialer og reagere.
Tidlige monokrystallinske silisiumovnsovner ble laget av ildfaste metaller som wolfram og molybden. Med den økende modenheten til grafittbehandlingsteknologi har de elektriske egenskapene til forbindelsen mellom grafittkomponenter blitt stabile, og monokrystallinske silisiumovnsovner har fullstendig erstattet wolfram, molybden og andre materialvarmere. For tiden er det mest brukte grafittmaterialet isostatisk grafitt. Mitt lands isostatiske grafittforberedelsesteknologi er relativt tilbakestående, og det meste av grafittmaterialene som brukes i den innenlandske solcelleindustrien er importert fra utlandet. Utenlandske produsenter av isostatisk grafitt inkluderer hovedsakelig Tysklands SGL, Japans Tokai Carbon, Japans Toyo Tanso, etc. I Czochralski monokrystallinske silisiumovner brukes noen ganger C/C komposittmaterialer, og de har begynt å bli brukt til å produsere bolter, muttere, digler, last plater og andre komponenter. Karbon/karbon (C/C) kompositter er karbonfiberforsterkede karbonbaserte kompositter med en rekke utmerkede egenskaper som høy spesifikk styrke, høy spesifikk modul, lav termisk ekspansjonskoeffisient, god elektrisk ledningsevne, høy bruddseighet, lav egenvekt, termisk støtmotstand, korrosjonsbestandighet og høy temperaturbestandighet. For tiden er de mye brukt i romfart, racing, biomaterialer og andre felt som nye høytemperaturbestandige strukturelle materialer. For tiden er de viktigste flaskehalsene for innenlandske C/C-kompositter fortsatt kostnads- og industrialiseringsproblemer.
Det er mange andre materialer som brukes til å lage termiske felt. Karbonfiberforsterket grafitt har bedre mekaniske egenskaper; men den er dyrere og har andre krav til design.Silisiumkarbid (SiC)er et bedre materiale enn grafitt i mange aspekter, men det er mye dyrere og vanskeligere å tilberede store volumdeler. Imidlertid brukes SiC ofte som enCVD-beleggfor å øke levetiden til grafittdeler som er utsatt for etsende silisiummonoksidgass, og kan også redusere forurensning fra grafitt. Det tette CVD-silisiumkarbidbelegget forhindrer effektivt forurensninger inne i det mikroporøse grafittmaterialet fra å nå overflaten.
En annen er CVD-karbon, som også kan danne et tett lag over grafittdelen. Andre høytemperaturbestandige materialer, som molybden eller keramiske materialer som kan eksistere side om side med miljøet, kan brukes der det ikke er fare for å forurense smelten. Imidlertid er oksidkeramikk generelt begrenset i sin anvendelighet på grafittmaterialer ved høye temperaturer, og det er få andre alternativer hvis isolasjon er nødvendig. Den ene er sekskantet bornitrid (noen ganger kalt hvit grafitt på grunn av lignende egenskaper), men de mekaniske egenskapene er dårlige. Molybden brukes generelt rimelig for situasjoner med høye temperaturer på grunn av dens moderate pris, lave diffusjonshastighet i silisiumkrystaller og en veldig lav segregeringskoeffisient på omtrent 5×108, som tillater en viss mengde molybdenforurensning før krystallstrukturen ødelegges.
2. Varmeisolasjonsmaterialer
Det mest brukte isolasjonsmaterialet er karbonfilt i ulike former. Karbonfilt er laget av tynne fibre, som fungerer som isolasjon fordi de blokkerer termisk stråling flere ganger over en kort avstand. Den myke karbonfilten er vevd inn i relativt tynne materialark, som deretter kuttes i ønsket form og bøyes tett til en rimelig radius. Herdet filt er sammensatt av lignende fibermaterialer, og et karbonholdig bindemiddel brukes til å koble de spredte fibrene til en mer solid og formet gjenstand. Bruk av kjemisk dampavsetning av karbon i stedet for et bindemiddel kan forbedre materialets mekaniske egenskaper.
Vanligvis er den ytre overflaten av den termiske isolasjonsherdende filten belagt med et kontinuerlig grafittbelegg eller folie for å redusere erosjon og slitasje samt partikkelforurensning. Andre typer karbonbaserte varmeisolasjonsmaterialer finnes også, for eksempel karbonskum. Generelt er grafittiserte materialer åpenbart foretrukket fordi grafitisering reduserer overflaten til fiberen i stor grad. Avgassingen av disse materialene med høy overflate er sterkt redusert, og det tar kortere tid å pumpe ovnen til et passende vakuum. Et annet er C/C-komposittmateriale, som har enestående egenskaper som lav vekt, høy skadetoleranse og høy styrke. Brukt i termiske felt for å erstatte grafittdeler reduserer frekvensen av utskifting av grafittdeler betydelig, forbedrer monokrystallinsk kvalitet og produksjonsstabilitet.
I henhold til råvareklassifiseringen kan karbonfilt deles inn i polyakrylnitrilbasert karbonfilt, viskosebasert karbonfilt og bekbasert karbonfilt.
Polyakrylnitrilbasert karbonfilt har et stort askeinnhold. Etter høytemperaturbehandling blir enkeltfiberen sprø. Under drift er det lett å generere støv for å forurense ovnsmiljøet. Samtidig kan fiberen lett komme inn i porene og luftveiene i menneskekroppen, noe som er skadelig for menneskers helse. Viskosebasert karbonfilt har god varmeisolasjonsytelse. Den er relativt myk etter varmebehandling og er ikke lett å generere støv. Tverrsnittet til den viskosebaserte råfiberen er imidlertid uregelmessig, og det er mange riller på fiberoverflaten. Det er lett å generere gasser som C02 under den oksiderende atmosfæren til CZ silisiumovnen, noe som forårsaker utfelling av oksygen og karbonelementer i det monokrystallinske silisiummaterialet. Hovedprodusentene inkluderer tyske SGL og andre selskaper. For tiden er den mest brukte i den monokrystallinske halvlederindustrien bekbasert karbonfilt, som har dårligere termisk isolasjonsytelse enn viskosebasert karbonfilt, men bekbasert karbonfilt har høyere renhet og lavere støvutslipp. Produsenter inkluderer Japans Kureha Chemical og Osaka Gas.
Fordi formen på karbonfilten ikke er fast, er den upraktisk å betjene. Nå har mange bedrifter utviklet et nytt varmeisolasjonsmateriale basert på karbonfiltherdet karbonfilt. Herdet karbonfilt, også kalt hard filt, er en karbonfilt med en viss form og selvopprettholdende egenskap etter at myk filt er impregnert med harpiks, laminert, herdet og karbonisert.
Vekstkvaliteten til monokrystallinsk silisium påvirkes direkte av det termiske miljøet, og varmeisolasjonsmaterialer av karbonfiber spiller en nøkkelrolle i dette miljøet. Karbonfiber termisk isolasjon myk filt har fortsatt en betydelig fordel i solcellehalvlederindustrien på grunn av kostnadsfordelen, utmerket varmeisolasjonseffekt, fleksibel design og tilpassbar form. I tillegg vil karbonfiberhard termisk isolasjonsfilt ha større utviklingsplass i markedet for termiske feltmaterialer på grunn av dens visse styrke og høyere brukbarhet. Vi er forpliktet til forskning og utvikling innen termiske isolasjonsmaterialer, og kontinuerlig optimaliserer produktytelsen for å fremme velstanden og utviklingen av den solcelle-halvlederindustrien.
Innleggstid: 12. juni 2024