Procesi i rritjes së silikonit monokristalor kryhet plotësisht në fushën termike. Një fushë e mirë termike është e favorshme për përmirësimin e cilësisë së kristaleve dhe ka një efikasitet më të lartë kristalizimi. Dizajni i fushës termike përcakton kryesisht ndryshimet në gradientët e temperaturës në fushën termike dinamike dhe rrjedhën e gazit në dhomën e furrës. Dallimi në materialet e përdorura në fushën termike përcakton drejtpërdrejt jetën e shërbimit të fushës termike. Një fushë termike e paarsyeshme jo vetëm që është e vështirë për të rritur kristale që plotësojnë kërkesat e cilësisë, por gjithashtu nuk mund të rritet plotësisht monokristalor sipas kërkesave të caktuara të procesit. Kjo është arsyeja pse industria e silikonit monokristaline me tërheqje të drejtpërdrejtë e konsideron dizajnin e fushës termike si teknologjinë më thelbësore dhe investon fuqi punëtore dhe burime materiale të mëdha në kërkimin dhe zhvillimin e fushës termike.
Sistemi termik përbëhet nga materiale të ndryshme të fushës termike. Ne prezantojmë vetëm shkurtimisht materialet e përdorura në fushën termike. Sa i përket shpërndarjes së temperaturës në fushën termike dhe ndikimit të saj në tërheqjen e kristalit, ne nuk do ta analizojmë këtu. Materiali i fushës termike i referohet strukturës dhe pjesës së izolimit termik në dhomën e furrës me vakum të rritjes së kristalit, e cila është thelbësore për krijimin e një shpërndarjeje të përshtatshme të temperaturës rreth shkrirjes gjysmëpërçuese dhe kristalit.
1. Materiali i strukturës së fushës termike
Materiali bazë mbështetës për metodën e tërheqjes së drejtpërdrejtë për rritjen e silikonit monokristalor është grafiti me pastërti të lartë. Materialet grafit luajnë një rol shumë të rëndësishëm në industrinë moderne. Ato mund të përdoren si komponentë strukturorë të fushës së nxehtësisë si p.shngrohje, tuba udhëzues, crucibles, tuba izolues, tabaka për kaskë, etj në përgatitjen e silikonit monokristalor me metodën Czochralski.
Materialet grafitzgjidhen sepse përgatiten lehtë në vëllime të mëdha, mund të përpunohen dhe janë rezistente ndaj temperaturave të larta. Karboni në formën e diamantit ose grafitit ka një pikë shkrirjeje më të lartë se çdo element ose përbërës. Materialet e grafitit janë mjaft të forta, veçanërisht në temperatura të larta, dhe përçueshmëria e tyre elektrike dhe termike është gjithashtu mjaft e mirë. Përçueshmëria e tij elektrike e bën atë të përshtatshëm si njëngrohësmaterial. Ka një koeficient të kënaqshëm të përçueshmërisë termike, i cili lejon që nxehtësia e gjeneruar nga ngrohësi të shpërndahet në mënyrë të barabartë në kavanoz dhe në pjesë të tjera të fushës së nxehtësisë. Sidoqoftë, në temperatura të larta, veçanërisht në distanca të gjata, mënyra kryesore e transferimit të nxehtësisë është rrezatimi.
Pjesët e grafitit përbëhen fillimisht nga grimca të imta karbonike të përziera me një lidhës dhe të formuara nga ekstrudimi ose shtypja izostatike. Pjesët e grafitit me cilësi të lartë zakonisht shtypen në mënyrë izostatike. E gjithë pjesa fillimisht karbonizohet dhe më pas grafitizohet në temperatura shumë të larta, afër 3000°C. Pjesët e përpunuara nga këto pjesë të tëra zakonisht pastrohen në një atmosferë që përmban klor në temperatura të larta për të hequr ndotjen metalike për të përmbushur kërkesat e industrisë së gjysmëpërçuesve. Megjithatë, edhe pas pastrimit të duhur, niveli i ndotjes së metalit është disa rend i madhësisë më i lartë se ai i lejuar për materialet monokristaline të silikonit. Prandaj, duhet pasur kujdes në projektimin e fushës termike për të parandaluar ndotjen e këtyre komponentëve që të hyjnë në sipërfaqen e shkrirë ose kristal.
Materialet e grafitit janë pak të përshkueshme, gjë që e bën të lehtë që metali i mbetur brenda të arrijë në sipërfaqe. Përveç kësaj, monoksidi i silikonit i pranishëm në gazin e pastrimit rreth sipërfaqes së grafitit mund të depërtojë në shumicën e materialeve dhe të reagojë.
Ngrohësit e hershëm të furrave monokristaline të silikonit ishin bërë nga metale zjarrduruese si tungsteni dhe molibden. Me rritjen e pjekurisë së teknologjisë së përpunimit të grafitit, vetitë elektrike të lidhjes midis përbërësve të grafitit janë bërë të qëndrueshme dhe ngrohësit e furrës me silikon monokristalor kanë zëvendësuar plotësisht ngrohësit e tungstenit, molibdenit dhe materialeve të tjera. Aktualisht, materiali grafit më i përdorur është grafiti izostatik. Teknologjia e përgatitjes së grafitit izostatik të vendit tim është relativisht e prapambetur dhe shumica e materialeve të grafitit të përdorura në industrinë vendase fotovoltaike importohen nga jashtë. Prodhuesit e huaj të grafitit izostatik përfshijnë kryesisht SGL të Gjermanisë, Tokai Carbon të Japonisë, Toyo Tanso të Japonisë, etj. Në furrat e silikonit monokristalor Czochralski, ndonjëherë përdoren materiale të përbëra C/C, dhe ato kanë filluar të përdoren për prodhimin e bulonave, dadove, gërmimeve, pllaka dhe komponentë të tjerë. Kompozitat e karbonit/karbonit (C/C) janë kompozita të përforcuara me bazë karboni të përforcuara me fibra karboni me një sërë veçorish të shkëlqyera si forca specifike e lartë, moduli specifik i lartë, koeficienti i ulët i zgjerimit termik, përçueshmëri e mirë elektrike, rezistencë e lartë ndaj thyerjes, gravitet specifik i ulët, Rezistenca ndaj goditjes termike, rezistenca ndaj korrozionit dhe rezistencë ndaj temperaturës së lartë. Aktualisht, ato përdoren gjerësisht në hapësirën ajrore, gara, biomateriale dhe fusha të tjera si materiale të reja strukturore rezistente ndaj temperaturave të larta. Aktualisht, pengesat kryesore që hasin kompozitat vendase C/C janë ende çështjet e kostos dhe industrializimit.
Ka shumë materiale të tjera që përdoren për të bërë fusha termike. Grafiti i përforcuar me fibër karboni ka veti më të mira mekanike; por është më i shtrenjtë dhe ka kërkesa të tjera për dizajn.Karbidi i silikonit (SiC)është një material më i mirë se grafiti në shumë aspekte, por është shumë më i shtrenjtë dhe i vështirë për të përgatitur pjesë me vëllim të madh. Megjithatë, SiC përdoret shpesh si njëVeshje CVDpër të rritur jetën e pjesëve të grafitit të ekspozuara ndaj gazit gërryes të monoksidit të silikonit, dhe gjithashtu mund të zvogëlojë ndotjen nga grafiti. Veshja e dendur e karabit të silikonit CVD parandalon në mënyrë efektive ndotësit brenda materialit mikroporoz të grafitit që të arrijnë në sipërfaqe.
Një tjetër është karboni CVD, i cili gjithashtu mund të formojë një shtresë të dendur mbi pjesën e grafitit. Materiale të tjera rezistente ndaj temperaturave të larta, të tilla si molibden ose materiale qeramike që mund të bashkëjetojnë me mjedisin, mund të përdoren aty ku nuk ekziston rreziku i kontaminimit të shkrirjes. Megjithatë, qeramika okside në përgjithësi është e kufizuar në aplikimin e tyre ndaj materialeve grafit në temperatura të larta dhe ka pak opsione të tjera nëse kërkohet izolim. Njëri është nitridi i borit gjashtëkëndor (ndonjëherë i quajtur grafit i bardhë për shkak të vetive të ngjashme), por vetitë mekanike janë të dobëta. Molibden në përgjithësi përdoret në mënyrë të arsyeshme për situata me temperaturë të lartë për shkak të kostos së tij të moderuar, shkallës së ulët të difuzionit në kristalet e silikonit dhe një koeficienti shumë të ulët ndarjeje prej rreth 5×108, i cili lejon një sasi të caktuar ndotjeje me molibden përpara se të shkatërrojë strukturën kristalore.
2. Materialet termoizoluese
Materiali izolues më i përdorur është karboni i ndjerë në forma të ndryshme. Femra e karbonit është bërë nga fibra të holla, të cilat veprojnë si izolues sepse bllokojnë rrezatimin termik shumë herë në një distancë të shkurtër. Fenda e butë e karbonit është endur në fletë relativisht të holla materiali, të cilat më pas priten në formën e dëshiruar dhe përkulen fort në një rreze të arsyeshme. Felat e përpunuara përbëhen nga materiale të ngjashme fibrash dhe një lidhës që përmban karbon përdoret për të lidhur fibrat e shpërndara në një objekt më të fortë dhe me formë. Përdorimi i depozitimit kimik të avullit të karbonit në vend të një lidhësi mund të përmirësojë vetitë mekanike të materialit.
Në mënyrë tipike, sipërfaqja e jashtme e mbulesës së izolimit termik është e veshur me një shtresë grafiti të vazhdueshëm ose fletë metalike për të reduktuar erozionin dhe konsumimin, si dhe ndotjen e grimcave. Ekzistojnë gjithashtu lloje të tjera të materialeve termoizoluese me bazë karboni, si shkuma e karbonit. Në përgjithësi, materialet e grafitizuara janë padyshim të preferuara sepse grafitizimi redukton shumë sipërfaqen e fibrës. Shkarkimi i këtyre materialeve me sipërfaqe të lartë reduktohet shumë dhe kërkon më pak kohë për të pompuar furrën në një vakum të përshtatshëm. Një tjetër është materiali i përbërë C/C, i cili ka karakteristika të jashtëzakonshme si pesha e lehtë, toleranca e lartë ndaj dëmtimit dhe qëndrueshmëria e lartë. Përdorimi në fushat termike për të zëvendësuar pjesët e grafitit redukton ndjeshëm frekuencën e zëvendësimit të pjesëve të grafitit, përmirëson cilësinë monokristaline dhe stabilitetin e prodhimit.
Sipas klasifikimit të lëndës së parë, ndjesia e karbonit mund të ndahet në ndjesi karboni me bazë poliakrilonitrili, ndjesi karboni me bazë viskozë dhe ndjesi karboni me bazë katrani.
Femra e karbonit me bazë poliakrilonitrili ka një përmbajtje të madhe hiri. Pas trajtimit me temperaturë të lartë, fibra e vetme bëhet e brishtë. Gjatë funksionimit, është e lehtë të gjenerohet pluhur për të ndotur mjedisin e furrës. Në të njëjtën kohë, fibra mund të hyjë lehtësisht në poret dhe traktin respirator të trupit të njeriut, gjë që është e dëmshme për shëndetin e njeriut. Femra karboni me bazë viskozë ka performancë të mirë termoizoluese. Është relativisht i butë pas trajtimit termik dhe nuk është i lehtë për të krijuar pluhur. Sidoqoftë, seksioni kryq i fibrës së papërpunuar me bazë viskozë është i parregullt dhe ka shumë brazda në sipërfaqen e fibrës. Është e lehtë të gjenerohen gazra të tillë si C02 nën atmosferën oksiduese të furrës së silikonit CZ, duke shkaktuar reshje të oksigjenit dhe elementeve të karbonit në materialin monokristalor të silikonit. Prodhuesit kryesorë përfshijnë SGL gjermane dhe kompani të tjera. Aktualisht, më i përdoruri në industrinë monokristaline gjysmëpërçuese është shamia e karbonit me bazë katrani, e cila ka performancë më të keqe të izolimit termik sesa shamia e karbonit me bazë viskoze, por ndjesia e karbonit me bazë katrani ka një pastërti më të lartë dhe një emetim më të ulët pluhuri. Prodhuesit përfshijnë Japoninë Kureha Chemical dhe Osaka Gas.
Për shkak se forma e ndjesisë së karbonit nuk është e fiksuar, është e papërshtatshme për t'u përdorur. Tani shumë kompani kanë zhvilluar një material të ri termoizolues të bazuar në ndjesinë e karbonit të trajtuar me karbon. Femra e karbonit të tharë, e quajtur edhe ndjesi e fortë, është një ndjesi karboni me një formë të caktuar dhe veti të vetë-qëndrueshme pasi shamia e butë është e ngopur me rrëshirë, e laminuar, e kuruar dhe e karbonizuar.
Cilësia e rritjes së silikonit monokristaline ndikohet drejtpërdrejt nga mjedisi termik dhe materialet termoizoluese me fibër karboni luajnë një rol kyç në këtë mjedis. Femra e butë me izolim termik me fibër karboni ka ende një avantazh të rëndësishëm në industrinë e gjysmëpërçuesve fotovoltaikë për shkak të avantazhit të kostos, efektit të shkëlqyer të izolimit termik, dizajnit fleksibël dhe formës së personalizueshme. Për më tepër, izolimi termik i fortë me fibër karboni do të ketë hapësirë më të madhe zhvillimi në tregun e materialeve të fushës termike për shkak të forcës së tij të caktuar dhe funksionueshmërisë më të lartë. Ne jemi të përkushtuar ndaj kërkimit dhe zhvillimit në fushën e materialeve termoizoluese dhe optimizojmë vazhdimisht performancën e produktit për të promovuar prosperitetin dhe zhvillimin e industrisë së gjysmëpërçuesve fotovoltaikë.
Koha e postimit: Qershor-12-2024