మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పెరుగుదల నాణ్యతను నిర్ణయించే ముఖ్యమైన పదార్థాలు - థర్మల్ ఫీల్డ్

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ యొక్క పెరుగుదల ప్రక్రియ పూర్తిగా ఉష్ణ క్షేత్రంలో నిర్వహించబడుతుంది. మంచి ఉష్ణ క్షేత్రం స్ఫటికాల నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు అధిక స్ఫటికీకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్ రూపకల్పన డైనమిక్ థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలలో మార్పులను మరియు ఫర్నేస్ చాంబర్‌లోని గ్యాస్ ప్రవాహాన్ని ఎక్కువగా నిర్ణయిస్తుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్లో ఉపయోగించే పదార్థాలలో వ్యత్యాసం నేరుగా థర్మల్ ఫీల్డ్ యొక్క సేవ జీవితాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. అసమంజసమైన ఉష్ణ క్షేత్రం నాణ్యమైన అవసరాలను తీర్చే స్ఫటికాలను పెంచడం కష్టం మాత్రమే కాదు, నిర్దిష్ట ప్రక్రియ అవసరాలకు అనుగుణంగా పూర్తి మోనోక్రిస్టలైన్‌ను పెంచదు. అందుకే డైరెక్ట్-పుల్ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పరిశ్రమ థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌ను అత్యంత ప్రధాన సాంకేతికతగా పరిగణిస్తుంది మరియు థర్మల్ ఫీల్డ్ పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో భారీ మానవశక్తి మరియు వస్తు వనరులను పెట్టుబడి పెడుతుంది.

థర్మల్ వ్యవస్థ వివిధ ఉష్ణ క్షేత్ర పదార్థాలతో కూడి ఉంటుంది. మేము థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉపయోగించే పదార్థాలను మాత్రమే క్లుప్తంగా పరిచయం చేస్తాము. థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ మరియు క్రిస్టల్ పుల్లింగ్‌పై దాని ప్రభావం గురించి, మేము దానిని ఇక్కడ విశ్లేషించము. థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ అనేది క్రిస్టల్ గ్రోత్ యొక్క వాక్యూమ్ ఫర్నేస్ చాంబర్‌లోని నిర్మాణం మరియు థర్మల్ ఇన్సులేషన్ భాగాన్ని సూచిస్తుంది, ఇది సెమీకండక్టర్ మెల్ట్ మరియు క్రిస్టల్ చుట్టూ తగిన ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని సృష్టించడానికి అవసరం.

1. థర్మల్ ఫీల్డ్ స్ట్రక్చర్ మెటీరియల్

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్‌ను పెంచడానికి డైరెక్ట్-పుల్ మెథడ్‌కు ప్రాథమిక సహాయక పదార్థం అధిక స్వచ్ఛత గ్రాఫైట్. ఆధునిక పరిశ్రమలో గ్రాఫైట్ పదార్థాలు చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. వారు వంటి ఉష్ణ క్షేత్ర నిర్మాణ భాగాలుగా ఉపయోగించవచ్చుహీటర్లు, గైడ్ గొట్టాలు, క్రూసిబుల్స్, Czochralski పద్ధతి ద్వారా మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ తయారీలో ఇన్సులేషన్ గొట్టాలు, క్రూసిబుల్ ట్రేలు మొదలైనవి.

గ్రాఫైట్ పదార్థాలుపెద్ద వాల్యూమ్‌లలో సిద్ధం చేయడం సులభం, ప్రాసెస్ చేయవచ్చు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు నిరోధకతను కలిగి ఉన్నందున ఎంపిక చేయబడ్డాయి. డైమండ్ లేదా గ్రాఫైట్ రూపంలో ఉన్న కార్బన్ ఏదైనా మూలకం లేదా సమ్మేళనం కంటే ఎక్కువ ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ పదార్థాలు చాలా బలంగా ఉంటాయి, ముఖ్యంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, మరియు వాటి విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత కూడా చాలా మంచిది. దీని విద్యుత్ వాహకత దీనిని a వలె అనుకూలంగా చేస్తుందిహీటర్పదార్థం. ఇది సంతృప్తికరమైన ఉష్ణ వాహకత గుణకాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది హీటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వేడిని క్రూసిబుల్ మరియు ఉష్ణ క్షేత్రంలోని ఇతర భాగాలకు సమానంగా పంపిణీ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. అయినప్పటికీ, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ముఖ్యంగా ఎక్కువ దూరాలలో, ప్రధాన ఉష్ణ బదిలీ మోడ్ రేడియేషన్.

గ్రాఫైట్ భాగాలు మొదట్లో బైండర్‌తో కలిపి చక్కటి కర్బన కణాలతో తయారు చేయబడతాయి మరియు ఎక్స్‌ట్రాషన్ లేదా ఐసోస్టాటిక్ నొక్కడం ద్వారా ఏర్పడతాయి. అధిక-నాణ్యత గ్రాఫైట్ భాగాలు సాధారణంగా ఐసోస్టాటిక్‌గా నొక్కబడతాయి. మొత్తం భాగం మొదట కార్బోనైజ్ చేయబడి, 3000°Cకి దగ్గరగా ఉన్న చాలా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫిటైజ్ చేయబడుతుంది. ఈ మొత్తం ముక్కల నుండి ప్రాసెస్ చేయబడిన భాగాలు సాధారణంగా సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క అవసరాలను తీర్చడానికి మెటల్ కాలుష్యాన్ని తొలగించడానికి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్లోరిన్-కలిగిన వాతావరణంలో శుద్ధి చేయబడతాయి. అయినప్పటికీ, సరైన శుద్దీకరణ తర్వాత కూడా, లోహ కాలుష్యం యొక్క స్థాయి సిలికాన్ మోనోక్రిస్టలైన్ పదార్థాలకు అనుమతించబడిన దానికంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటుంది. అందువల్ల, కరిగే లేదా క్రిస్టల్ ఉపరితలంలోకి ప్రవేశించకుండా ఈ భాగాల కాలుష్యాన్ని నిరోధించడానికి థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌లో జాగ్రత్త తీసుకోవాలి.

గ్రాఫైట్ పదార్థాలు కొద్దిగా పారగమ్యంగా ఉంటాయి, దీని వలన లోపల మిగిలిన లోహం ఉపరితలం చేరుకోవడం సులభం అవుతుంది. అదనంగా, గ్రాఫైట్ ఉపరితలం చుట్టూ ఉన్న ప్రక్షాళన వాయువులో ఉన్న సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ చాలా పదార్థాలలోకి చొచ్చుకుపోతుంది మరియు ప్రతిస్పందిస్తుంది.

ప్రారంభ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్‌లు టంగ్‌స్టన్ మరియు మాలిబ్డినం వంటి వక్రీభవన లోహాలతో తయారు చేయబడ్డాయి. గ్రాఫైట్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీ పెరుగుతున్న పరిపక్వతతో, గ్రాఫైట్ భాగాల మధ్య కనెక్షన్ యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు స్థిరంగా మారాయి మరియు మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్లు టంగ్‌స్టన్, మాలిబ్డినం మరియు ఇతర మెటీరియల్ హీటర్‌లను పూర్తిగా భర్తీ చేశాయి. ప్రస్తుతం, అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే గ్రాఫైట్ పదార్థం ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్. నా దేశం యొక్క ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్ తయారీ సాంకేతికత సాపేక్షంగా వెనుకబడి ఉంది మరియు దేశీయ ఫోటోవోల్టాయిక్ పరిశ్రమలో ఉపయోగించే చాలా గ్రాఫైట్ పదార్థాలు విదేశాల నుండి దిగుమతి చేయబడ్డాయి. విదేశీ ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్ తయారీదారులు ప్రధానంగా జర్మనీ యొక్క SGL, జపాన్ యొక్క టోకాయ్ కార్బన్, జపాన్ యొక్క టోయో టాన్సో మొదలైనవాటిని కలిగి ఉన్నారు. Czochralski మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్‌లలో, C/C మిశ్రమ పదార్థాలు కొన్నిసార్లు ఉపయోగించబడతాయి మరియు అవి బోల్ట్‌లు, గింజలు, క్రూసిబుల్‌ల తయారీకి ఉపయోగించడం ప్రారంభించాయి. ప్లేట్లు మరియు ఇతర భాగాలు. కార్బన్/కార్బన్ (C/C) మిశ్రమాలు అధిక నిర్దిష్ట బలం, అధిక నిర్దిష్ట మాడ్యులస్, తక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం, మంచి విద్యుత్ వాహకత, అధిక ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం, తక్కువ నిర్దిష్ట గురుత్వాకర్షణ వంటి అద్భుతమైన లక్షణాల శ్రేణితో కార్బన్ ఫైబర్ రీన్‌ఫోర్స్డ్ కార్బన్-ఆధారిత మిశ్రమాలు. థర్మల్ షాక్ నిరోధకత, తుప్పు నిరోధకత మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత. ప్రస్తుతం, అవి ఏరోస్పేస్, రేసింగ్, బయోమెటీరియల్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో కొత్త అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధక నిర్మాణ పదార్థాలుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ప్రస్తుతం, దేశీయ C/C మిశ్రమాలు ఎదుర్కొంటున్న ప్రధాన అడ్డంకులు ఇప్పటికీ ఖర్చు మరియు పారిశ్రామికీకరణ సమస్యలు.

థర్మల్ ఫీల్డ్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే అనేక ఇతర పదార్థాలు ఉన్నాయి. కార్బన్ ఫైబర్ రీన్ఫోర్స్డ్ గ్రాఫైట్ మెరుగైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంది; కానీ ఇది చాలా ఖరీదైనది మరియు డిజైన్ కోసం ఇతర అవసరాలను కలిగి ఉంటుంది.సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)అనేక అంశాలలో గ్రాఫైట్ కంటే మెరుగైన పదార్థం, అయితే ఇది చాలా ఖరీదైనది మరియు పెద్ద-వాల్యూమ్ భాగాలను సిద్ధం చేయడం కష్టం. అయినప్పటికీ, SiC తరచుగా a గా ఉపయోగించబడుతుందిCVD పూతతినివేయు సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ వాయువుకు గురయ్యే గ్రాఫైట్ భాగాల జీవితాన్ని పెంచడానికి మరియు గ్రాఫైట్ నుండి కలుషితాన్ని కూడా తగ్గించవచ్చు. దట్టమైన CVD సిలికాన్ కార్బైడ్ పూత మైక్రోపోరస్ గ్రాఫైట్ పదార్థంలోని కలుషితాలను ఉపరితలంపైకి రాకుండా సమర్థవంతంగా నిరోధిస్తుంది.

మరొకటి CVD కార్బన్, ఇది గ్రాఫైట్ భాగం పైన దట్టమైన పొరను కూడా ఏర్పరుస్తుంది. ఇతర అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధక పదార్థాలు, మాలిబ్డినం లేదా పర్యావరణంతో సహజీవనం చేయగల సిరామిక్ పదార్థాలు, కరుగును కలుషితం చేసే ప్రమాదం లేని చోట ఉపయోగించవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఆక్సైడ్ సెరామిక్స్ సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫైట్ పదార్థాలకు వర్తించే విషయంలో పరిమితం చేయబడతాయి మరియు ఇన్సులేషన్ అవసరమైతే కొన్ని ఇతర ఎంపికలు ఉన్నాయి. ఒకటి షట్కోణ బోరాన్ నైట్రైడ్ (కొన్నిసార్లు సారూప్య లక్షణాల కారణంగా వైట్ గ్రాఫైట్ అని పిలుస్తారు), కానీ యాంత్రిక లక్షణాలు తక్కువగా ఉంటాయి. మాలిబ్డినం సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులకు సహేతుకంగా ఉపయోగించబడుతుంది ఎందుకంటే దాని మితమైన ధర, సిలికాన్ స్ఫటికాలలో తక్కువ వ్యాప్తి రేటు మరియు 5×108 యొక్క చాలా తక్కువ విభజన గుణకం, ఇది స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని నాశనం చేసే ముందు కొంత మొత్తంలో మాలిబ్డినం కలుషితాన్ని అనుమతిస్తుంది.

2. థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు

అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే ఇన్సులేషన్ పదార్థం వివిధ రూపాల్లో భావించిన కార్బన్. కార్బన్ ఫీల్డ్ సన్నని ఫైబర్‌లతో తయారు చేయబడింది, ఇవి ఇన్సులేషన్‌గా పనిచేస్తాయి ఎందుకంటే అవి తక్కువ దూరం కంటే ఎక్కువసార్లు థర్మల్ రేడియేషన్‌ను అడ్డుకుంటాయి. మృదువైన కార్బన్ ఫీల్డ్ పదార్థం యొక్క సాపేక్షంగా సన్నని షీట్లలో అల్లినది, అవి కావలసిన ఆకారంలో కత్తిరించబడతాయి మరియు సహేతుకమైన వ్యాసార్థంలోకి గట్టిగా వంగి ఉంటాయి. క్యూర్డ్ ఫెల్ట్‌లు ఒకే విధమైన ఫైబర్ పదార్థాలతో కూడి ఉంటాయి మరియు చెదరగొట్టబడిన ఫైబర్‌లను మరింత ఘనమైన మరియు ఆకారపు వస్తువుగా కనెక్ట్ చేయడానికి కార్బన్-కలిగిన బైండర్ ఉపయోగించబడుతుంది. బైండర్‌కు బదులుగా కార్బన్ యొక్క రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణను ఉపయోగించడం వల్ల పదార్థం యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు.

సాధారణంగా, థర్మల్ ఇన్సులేషన్ క్యూరింగ్ ఫీల్ యొక్క బయటి ఉపరితలం నిరంతర గ్రాఫైట్ పూత లేదా రేకుతో పూత పూయబడి కోత మరియు దుస్తులు అలాగే నలుసు కాలుష్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. కార్బన్ ఫోమ్ వంటి ఇతర రకాల కార్బన్-ఆధారిత థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు కూడా ఉన్నాయి. సాధారణంగా, గ్రాఫిటైజ్ చేయబడిన పదార్థాలకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది, ఎందుకంటే గ్రాఫిటైజేషన్ ఫైబర్ యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. ఈ అధిక-ఉపరితల-విస్తీర్ణంలోని పదార్థాల అవుట్‌గ్యాసింగ్ బాగా తగ్గిపోతుంది మరియు కొలిమిని సరైన శూన్యానికి పంప్ చేయడానికి తక్కువ సమయం పడుతుంది. మరొకటి C/C కాంపోజిట్ మెటీరియల్, ఇది తక్కువ బరువు, అధిక నష్టం సహనం మరియు అధిక బలం వంటి అత్యుత్తమ లక్షణాలను కలిగి ఉంది. గ్రాఫైట్ భాగాలను భర్తీ చేయడానికి ఉష్ణ క్షేత్రాలలో ఉపయోగించడం వలన గ్రాఫైట్ భాగాల భర్తీ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది, మోనోక్రిస్టలైన్ నాణ్యత మరియు ఉత్పత్తి స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

ముడి పదార్థాల వర్గీకరణ ప్రకారం, కార్బన్ ఫీల్‌ను పాలియాక్రిలోనిట్రైల్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్డ్, విస్కోస్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్డ్ మరియు పిచ్-బేస్డ్ కార్బన్ ఫీల్డ్‌గా విభజించవచ్చు.
పాలియాక్రిలోనిట్రైల్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్‌లో పెద్ద బూడిద కంటెంట్ ఉంటుంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత చికిత్స తర్వాత, సింగిల్ ఫైబర్ పెళుసుగా మారుతుంది. ఆపరేషన్ సమయంలో, కొలిమి వాతావరణాన్ని కలుషితం చేయడానికి దుమ్మును ఉత్పత్తి చేయడం సులభం. అదే సమయంలో, ఫైబర్ సులభంగా మానవ శరీరం యొక్క రంధ్రాల మరియు శ్వాసకోశంలోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఇది మానవ ఆరోగ్యానికి హానికరం. విస్కోస్ ఆధారిత కార్బన్ మంచి థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పనితీరును కలిగి ఉంది. వేడి చికిత్స తర్వాత ఇది సాపేక్షంగా మృదువైనది మరియు దుమ్మును ఉత్పత్తి చేయడం సులభం కాదు. అయినప్పటికీ, విస్కోస్-ఆధారిత ముడి ఫైబర్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ సక్రమంగా ఉండదు మరియు ఫైబర్ ఉపరితలంపై చాలా పొడవైన కమ్మీలు ఉన్నాయి. CZ సిలికాన్ ఫర్నేస్ యొక్క ఆక్సీకరణ వాతావరణంలో C02 వంటి వాయువులను ఉత్పత్తి చేయడం సులభం, దీని వలన మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పదార్థంలో ఆక్సిజన్ మరియు కార్బన్ మూలకాల అవపాతం ఏర్పడుతుంది. ప్రధాన తయారీదారులలో జర్మన్ SGL మరియు ఇతర కంపెనీలు ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, సెమీకండక్టర్ మోనోక్రిస్టలైన్ పరిశ్రమలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నది పిచ్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్, ఇది విస్కోస్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్ కంటే అధ్వాన్నమైన థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పనితీరును కలిగి ఉంది, అయితే పిచ్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్ అధిక స్వచ్ఛత మరియు తక్కువ ధూళి ఉద్గారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. తయారీదారులలో జపాన్ యొక్క కురేహా కెమికల్ మరియు ఒసాకా గ్యాస్ ఉన్నాయి.
కార్బన్ ఫీల్ యొక్క ఆకారం స్థిరంగా లేనందున, అది పనిచేయడానికి అసౌకర్యంగా ఉంటుంది. ఇప్పుడు చాలా కంపెనీలు కార్బన్ ఫీల్-క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫీల్ ఆధారంగా కొత్త థర్మల్ ఇన్సులేషన్ మెటీరియల్‌ను అభివృద్ధి చేశాయి. క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫీల్, హార్డ్ ఫీల్ అని కూడా పిలుస్తారు, సాఫ్ట్ ఫీల్డ్ రెసిన్, లామినేటెడ్, క్యూర్డ్ మరియు కార్బోనైజ్డ్‌తో కలిపిన తర్వాత ఒక నిర్దిష్ట ఆకారం మరియు స్వీయ-నిరంతర లక్షణంతో భావించే కార్బన్.

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ యొక్క పెరుగుదల నాణ్యత నేరుగా ఉష్ణ వాతావరణం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది మరియు ఈ వాతావరణంలో కార్బన్ ఫైబర్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. కార్బన్ ఫైబర్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ సాఫ్ట్ ఫెల్ట్ ఇప్పటికీ ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో దాని ఖర్చు ప్రయోజనం, అద్భుతమైన థర్మల్ ఇన్సులేషన్ ప్రభావం, సౌకర్యవంతమైన డిజైన్ మరియు అనుకూలీకరించదగిన ఆకృతి కారణంగా గణనీయమైన ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది. అదనంగా, కార్బన్ ఫైబర్ హార్డ్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ దాని నిర్దిష్ట బలం మరియు అధిక కార్యాచరణ కారణంగా థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ మార్కెట్‌లో ఎక్కువ అభివృద్ధి స్థలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. మేము థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాల రంగంలో పరిశోధన మరియు అభివృద్ధికి కట్టుబడి ఉన్నాము మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క శ్రేయస్సు మరియు అభివృద్ధిని ప్రోత్సహించడానికి ఉత్పత్తి పనితీరును నిరంతరం ఆప్టిమైజ్ చేస్తాము.