Tillväxtprocessen för monokristallint kisel utförs helt i det termiska fältet. Ett bra termiskt fält bidrar till att förbättra kvaliteten på kristaller och har en högre kristallisationseffektivitet. Utformningen av det termiska fältet bestämmer till stor del förändringarna i temperaturgradienter i det dynamiska termiska fältet och flödet av gas i ugnskammaren. Skillnaden i materialen som används i det termiska fältet bestämmer direkt livslängden för det termiska fältet. Ett orimligt termiskt fält är inte bara svårt att odla kristaller som uppfyller kvalitetskrav, men kan inte heller växa helt monokristallint under vissa processkrav. Det är därför den direktdragande monokristallina kiselindustrin betraktar termisk fältdesign som den mest centrala teknologin och investerar enorma arbetskrafts- och materialresurser i termisk fältforskning och utveckling.
Det termiska systemet är sammansatt av olika termiska fältmaterial. Vi presenterar bara kortfattat de material som används inom det termiska området. När det gäller temperaturfördelningen i det termiska fältet och dess inverkan på kristalldragning kommer vi inte att analysera det här. Det termiska fältmaterialet hänvisar till strukturen och värmeisoleringsdelen i vakuumugnskammaren för kristalltillväxt, vilket är väsentligt för att skapa en lämplig temperaturfördelning runt halvledarsmältan och kristallen.
1. Termiskt fältstrukturmaterial
Det grundläggande stödmaterialet för direktdragningsmetoden för att odla monokristallint kisel är grafit med hög renhet. Grafitmaterial spelar en mycket viktig roll i modern industri. De kan användas som värmefältskonstruktionskomponenter som t.exvärmare, styrrör, deglarisoleringsrör, degelbrickor etc. vid framställning av monokristallint kisel med Czochralski-metoden.
Grafitmaterialväljs för att de är lätta att tillaga i stora volymer, kan bearbetas och är resistenta mot höga temperaturer. Kol i form av diamant eller grafit har en högre smältpunkt än något element eller förening. Grafitmaterial är ganska starka, särskilt vid höga temperaturer, och deras elektriska och termiska ledningsförmåga är också ganska bra. Dess elektriska ledningsförmåga gör den lämplig som envärmarematerial. Den har en tillfredsställande värmeledningskoefficient, vilket gör att värmen som genereras av värmaren kan fördelas jämnt till degeln och andra delar av värmefältet. Men vid höga temperaturer, särskilt över långa avstånd, är det huvudsakliga värmeöverföringsläget strålning.
Grafitdelar är initialt gjorda av fina kolhaltiga partiklar blandade med ett bindemedel och bildade genom extrudering eller isostatisk pressning. Högkvalitativa grafitdelar pressas vanligtvis isostatiskt. Hela stycket karboniseras först och grafitiseras sedan vid mycket höga temperaturer, nära 3000°C. Delarna som bearbetas från dessa hela delar renas vanligtvis i en klorhaltig atmosfär vid höga temperaturer för att avlägsna metallföroreningar för att uppfylla kraven från halvledarindustrin. Men även efter korrekt rening är nivån av metallkontamination flera storleksordningar högre än vad som tillåts för monokristallina kiselmaterial. Därför måste försiktighet iakttas vid utformningen av det termiska fältet för att förhindra att kontaminering av dessa komponenter kommer in i smält- eller kristallytan.
Grafitmaterial är lätt genomsläppliga, vilket gör det lätt för den kvarvarande metallen inuti att nå ytan. Dessutom kan kiselmonoxiden som finns i reningsgasen runt grafitytan tränga in i de flesta material och reagera.
Tidiga ugnsvärmare av monokristallin kisel var gjorda av eldfasta metaller som volfram och molybden. Med den ökande mognad av grafitbearbetningsteknik har de elektriska egenskaperna hos anslutningen mellan grafitkomponenter blivit stabila, och monokristallina kiselugnsvärmare har helt ersatt volfram, molybden och andra materialvärmare. För närvarande är det mest använda grafitmaterialet isostatisk grafit. mitt lands isostatiska grafitberedningsteknik är relativt efterbliven, och de flesta grafitmaterial som används i den inhemska solcellsindustrin importeras från utlandet. Utländska isostatiska grafittillverkare inkluderar främst tyska SGL, japanska Tokai Carbon, japanska Toyo Tanso, etc. I Czochralski monokristallina kiselugnar används ibland C/C-kompositmaterial, och de har börjat användas för att tillverka bultar, muttrar, deglar, last plattor och andra komponenter. Kol/kol (C/C) kompositer är kolfiberförstärkta kolbaserade kompositer med en rad utmärkta egenskaper såsom hög specifik hållfasthet, hög specifik modul, låg värmeutvidgningskoefficient, god elektrisk ledningsförmåga, hög brottseghet, låg specifik vikt, termisk chockbeständighet, korrosionsbeständighet och hög temperaturbeständighet. För närvarande används de i stor utsträckning inom flyg, racing, biomaterial och andra områden som nya högtemperaturbeständiga strukturella material. För närvarande är de största flaskhalsarna för inhemska C/C-kompositer fortfarande kostnads- och industrialiseringsfrågor.
Det finns många andra material som används för att göra termiska fält. Kolfiberarmerad grafit har bättre mekaniska egenskaper; men det är dyrare och har andra krav på design.Kiselkarbid (SiC)är ett bättre material än grafit i många aspekter, men det är mycket dyrare och svårare att förbereda stora volymer. SiC används dock ofta som enCVD-beläggningför att öka livslängden för grafitdelar som utsätts för frätande kiselmonoxidgas, och kan även minska förorening från grafit. Den täta CVD-kiselkarbidbeläggningen förhindrar effektivt föroreningar inuti det mikroporösa grafitmaterialet från att nå ytan.
En annan är CVD-kol, som också kan bilda ett tätt lager ovanför grafitdelen. Andra högtemperaturbeständiga material, såsom molybden eller keramiska material som kan samexistera med miljön, kan användas där det inte finns någon risk för att förorena smältan. Emellertid är oxidkeramik i allmänhet begränsad i sin tillämpbarhet på grafitmaterial vid höga temperaturer, och det finns få andra alternativ om isolering krävs. Den ena är hexagonal bornitrid (kallas ibland vit grafit på grund av liknande egenskaper), men de mekaniska egenskaperna är dåliga. Molybden används i allmänhet rimligt för höga temperaturer på grund av dess måttliga kostnad, låga diffusionshastighet i kiselkristaller och en mycket låg segregationskoefficient på cirka 5×108, vilket tillåter en viss mängd molybdenkontamination innan kristallstrukturen förstörs.
2. Värmeisoleringsmaterial
Det vanligaste isoleringsmaterialet är kolfilt i olika former. Kolfilt är gjord av tunna fibrer, som fungerar som isolering eftersom de blockerar värmestrålning flera gånger över en kort sträcka. Den mjuka kolfilten vävs till relativt tunna materialskivor som sedan skärs till önskad form och böjas hårt till en lagom radie. Härdade filtar är sammansatta av liknande fibermaterial, och ett kolhaltigt bindemedel används för att koppla ihop de dispergerade fibrerna till ett mer solidt och format föremål. Användningen av kemisk ångavsättning av kol istället för ett bindemedel kan förbättra materialets mekaniska egenskaper.
Typiskt är den yttre ytan av den värmeisolerande härdande filten belagd med en kontinuerlig grafitbeläggning eller folie för att minska erosion och slitage samt partikelförorening. Andra typer av kolbaserade värmeisoleringsmaterial finns också, såsom kolskum. I allmänhet är grafitiserade material självklart att föredra eftersom grafitisering kraftigt minskar fiberns yta. Avgasningen av dessa material med stor yta reduceras avsevärt, och det tar kortare tid att pumpa ugnen till ett lämpligt vakuum. Ett annat är C/C-kompositmaterial, som har enastående egenskaper såsom låg vikt, hög skadetolerans och hög hållfasthet. Används i termiska områden för att ersätta grafitdelar minskar avsevärt frekvensen av byte av grafitdelar, förbättrar monokristallin kvalitet och produktionsstabilitet.
Enligt råvaruklassificeringen kan kolfilt delas in i polyakrylnitrilbaserad kolfilt, viskosbaserad kolfilt och beckbaserad kolfilt.
Polyakrylnitrilbaserad kolfilt har en stor askhalt. Efter högtemperaturbehandling blir den enskilda fibern skör. Under drift är det lätt att generera damm för att förorena ugnsmiljön. Samtidigt kan fibern lätt komma in i människokroppens porer och andningsvägar, vilket är skadligt för människors hälsa. Viskosbaserad kolfilt har bra värmeisoleringsförmåga. Det är relativt mjukt efter värmebehandling och är inte lätt att generera damm. Tvärsnittet av den viskosbaserade råfibern är dock oregelbunden, och det finns många spår på fiberytan. Det är lätt att generera gaser som C02 under den oxiderande atmosfären i CZ-kiselugnen, vilket orsakar utfällning av syre och kolelement i det monokristallina kiselmaterialet. De största tillverkarna är tyska SGL och andra företag. För närvarande är den mest använda i den monokristallina halvledarindustrin beckbaserad kolfilt, som har sämre värmeisoleringsprestanda än viskosbaserad kolfilt, men beckbaserad kolfilt har en högre renhet och lägre stoftutsläpp. Tillverkare inkluderar Japans Kureha Chemical och Osaka Gas.
Eftersom formen på kolfilten inte är fixerad är den obekväm att använda. Nu har många företag utvecklat ett nytt värmeisoleringsmaterial baserat på kolfilthärdad kolfilt. Härdad kolfilt, även kallad hårdfilt, är en kolfilt med en viss form och självuppehållande egenskap efter att mjuk filt har impregnerats med harts, laminerats, härdats och förkolats.
Tillväxtkvaliteten hos monokristallint kisel påverkas direkt av den termiska miljön, och kolfibervärmeisoleringsmaterial spelar en nyckelroll i denna miljö. Kolfiber värmeisolerande mjuk filt har fortfarande en betydande fördel inom solcellshalvledarindustrin på grund av dess kostnadsfördel, utmärkta värmeisoleringseffekt, flexibel design och anpassningsbara form. Dessutom kommer kolfiberhård värmeisoleringsfilt att ha större utvecklingsutrymme på marknaden för termiska fältmaterial på grund av dess bestämda styrka och högre funktionsduglighet. Vi är engagerade i forskning och utveckling inom området för värmeisoleringsmaterial och optimerar kontinuerligt produktens prestanda för att främja välståndet och utvecklingen av solcellshalvledarindustrin.
Posttid: 2024-jun-12