Ang proseso ng paglago ng monocrystalline silicon ay ganap na isinasagawa sa thermal field. Ang isang mahusay na thermal field ay nakakatulong sa pagpapabuti ng kalidad ng mga kristal at may mas mataas na kahusayan sa pagkikristal. Ang disenyo ng thermal field ay higit na tinutukoy ang mga pagbabago sa mga gradient ng temperatura sa dynamic na thermal field at ang daloy ng gas sa furnace chamber. Ang pagkakaiba sa mga materyales na ginamit sa thermal field ay direktang tinutukoy ang buhay ng serbisyo ng thermal field. Ang isang hindi makatwirang thermal field ay hindi lamang mahirap na palaguin ang mga kristal na nakakatugon sa mga kinakailangan sa kalidad, ngunit hindi rin maaaring palaguin ang kumpletong monocrystalline sa ilalim ng ilang mga kinakailangan sa proseso. Ito ang dahilan kung bakit itinuturing ng industriya ng direct-pull na monocrystalline na silikon ang disenyo ng thermal field bilang ang pinaka-core na teknolohiya at namumuhunan ng malaking lakas-tao at materyal na mapagkukunan sa pananaliksik at pagpapaunlad ng thermal field.
Ang thermal system ay binubuo ng iba't ibang mga thermal field na materyales. Saglit lang naming ipinakilala ang mga materyales na ginamit sa thermal field. Tulad ng para sa pamamahagi ng temperatura sa thermal field at ang epekto nito sa paghila ng kristal, hindi namin ito susuriin dito. Ang thermal field na materyal ay tumutukoy sa istraktura at thermal insulation na bahagi sa vacuum furnace chamber ng paglaki ng kristal, na mahalaga para sa paglikha ng isang naaangkop na pamamahagi ng temperatura sa paligid ng semiconductor melt at crystal.
1. Thermal field structure material
Ang pangunahing materyal na sumusuporta para sa direktang-pull na paraan upang palaguin ang monocrystalline silicon ay high-purity graphite. Ang mga materyales sa graphite ay may napakahalagang papel sa modernong industriya. Maaari silang magamit bilang mga bahagi ng istruktura ng larangan ng init tulad ngmga pampainit, gabay na tubo, crucibles, insulation tubes, crucible trays, atbp. sa paghahanda ng monocrystalline silicon sa pamamagitan ng Czochralski method.
Mga materyales sa graphiteay pinili dahil madali silang ihanda sa malalaking volume, maaaring iproseso at lumalaban sa mataas na temperatura. Ang carbon sa anyo ng brilyante o grapayt ay may mas mataas na punto ng pagkatunaw kaysa sa anumang elemento o tambalan. Ang mga materyales ng graphite ay medyo malakas, lalo na sa mataas na temperatura, at ang kanilang elektrikal at thermal conductivity ay medyo mahusay din. Ang electrical conductivity nito ay ginagawang angkop bilang apampainitmateryal. Ito ay may kasiya-siyang thermal conductivity coefficient, na nagpapahintulot sa init na nabuo ng heater na pantay-pantay na maipamahagi sa crucible at iba pang bahagi ng heat field. Gayunpaman, sa mataas na temperatura, lalo na sa malalayong distansya, ang pangunahing mode ng paglipat ng init ay radiation.
Ang mga bahagi ng graphite ay una ay gawa sa mga pinong carbonaceous na particle na hinaluan ng isang binder at nabuo sa pamamagitan ng extrusion o isostatic pressing. Ang mga de-kalidad na bahagi ng grapayt ay karaniwang isostatically pinindot. Ang buong piraso ay unang carbonized at pagkatapos ay graphitize sa napakataas na temperatura, malapit sa 3000°C. Ang mga bahagi na naproseso mula sa mga buong piraso ay kadalasang nililinis sa isang kapaligirang naglalaman ng chlorine sa mataas na temperatura upang alisin ang kontaminasyon ng metal upang matugunan ang mga kinakailangan ng industriya ng semiconductor. Gayunpaman, kahit na pagkatapos ng wastong paglilinis, ang antas ng kontaminasyon ng metal ay ilang mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa pinapayagan para sa mga materyal na silicon na monocrystalline. Samakatuwid, ang pag-iingat ay dapat gawin sa disenyo ng thermal field upang maiwasan ang kontaminasyon ng mga sangkap na ito mula sa pagpasok sa natutunaw o kristal na ibabaw.
Ang mga materyales sa graphite ay bahagyang natatagusan, na ginagawang madali para sa natitirang metal sa loob na maabot ang ibabaw. Bilang karagdagan, ang silicon monoxide na nasa purge gas sa paligid ng graphite surface ay maaaring tumagos sa karamihan ng mga materyales at gumanti.
Ang mga naunang monocrystalline silicon furnace heater ay gawa sa mga refractory na metal tulad ng tungsten at molybdenum. Sa pagtaas ng kapanahunan ng teknolohiya sa pagpoproseso ng grapayt, ang mga de-koryenteng katangian ng koneksyon sa pagitan ng mga bahagi ng grapayt ay naging matatag, at ang mga monocrystalline na silicon na furnace heater ay ganap na pinalitan ang tungsten, molibdenum at iba pang mga materyal na pampainit. Sa kasalukuyan, ang pinakamalawak na ginagamit na materyal ng grapayt ay isostatic graphite. Ang teknolohiya ng paghahanda ng isostatic graphite ng aking bansa ay medyo atrasado, at karamihan sa mga materyales na grapayt na ginagamit sa domestic photovoltaic na industriya ay inaangkat mula sa ibang bansa. Ang mga dayuhang tagagawa ng isostatic graphite ay pangunahing kinabibilangan ng Germany's SGL, Japan's Tokai Carbon, Japan's Toyo Tanso, atbp. Sa Czochralski monocrystalline silicon furnaces, ang mga C/C composite na materyales ay minsang ginagamit, at nagsimula na silang gamitin sa paggawa ng mga bolts, nuts, crucibles, load. mga plato at iba pang bahagi. Ang carbon/carbon (C/C) composites ay carbon fiber reinforced carbon-based composites na may serye ng mga mahuhusay na katangian tulad ng high specific strength, high specific modulus, low thermal expansion coefficient, good electrical conductivity, high fracture toughness, low specific gravity, thermal shock resistance, corrosion resistance, at mataas na temperatura resistance. Sa kasalukuyan, malawakang ginagamit ang mga ito sa aerospace, karera, biomaterial at iba pang larangan bilang mga bagong materyal na istruktura na lumalaban sa mataas na temperatura. Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing bottleneck na nararanasan ng mga domestic C/C composites ay mga isyu pa rin sa gastos at industriyalisasyon.
Mayroong maraming iba pang mga materyales na ginagamit upang gumawa ng mga thermal field. Ang carbon fiber reinforced graphite ay may mas mahusay na mekanikal na mga katangian; ngunit ito ay mas mahal at may iba pang mga kinakailangan para sa disenyo.Silicon carbide (SiC)ay isang mas mahusay na materyal kaysa sa grapayt sa maraming aspeto, ngunit ito ay mas mahal at mahirap maghanda ng malalaking volume na bahagi. Gayunpaman, ang SiC ay kadalasang ginagamit bilang aPatong ng CVDupang madagdagan ang buhay ng mga bahagi ng grapayt na nakalantad sa kinakaing unti-unti na silicon monoxide gas, at maaari ring bawasan ang kontaminasyon mula sa grapayt. Ang siksik na CVD silicon carbide coating ay epektibong pumipigil sa mga contaminant sa loob ng microporous graphite na materyal mula sa pag-abot sa ibabaw.
Ang isa pa ay ang CVD carbon, na maaari ring bumuo ng isang siksik na layer sa itaas ng bahagi ng grapayt. Ang iba pang materyal na lumalaban sa mataas na temperatura, tulad ng molibdenum o mga ceramic na materyales na maaaring magkasama sa kapaligiran, ay maaaring gamitin kung saan walang panganib na makontamina ang natutunaw. Gayunpaman, ang mga oxide ceramics ay karaniwang limitado sa kanilang kakayahang magamit sa mga materyal na grapayt sa mataas na temperatura, at may ilang iba pang mga opsyon kung kinakailangan ang pagkakabukod. Ang isa ay hexagonal boron nitride (minsan ay tinatawag na puting grapayt dahil sa mga katulad na katangian), ngunit ang mga mekanikal na katangian ay mahirap. Karaniwang ginagamit ang molybdenum para sa mataas na temperatura na mga sitwasyon dahil sa katamtamang halaga nito, mababang diffusion rate sa mga kristal na silikon, at napakababang segregation coefficient na humigit-kumulang 5×108, na nagbibigay-daan sa isang tiyak na halaga ng kontaminasyon ng molibdenum bago sirain ang istraktura ng kristal.
2. Thermal insulation materials
Ang pinakakaraniwang ginagamit na materyal sa pagkakabukod ay carbon nadama sa iba't ibang anyo. Ang carbon felt ay gawa sa manipis na mga hibla, na nagsisilbing insulasyon dahil hinaharangan nila ang thermal radiation nang maraming beses sa isang maikling distansya. Ang malambot na carbon nadama ay hinabi sa medyo manipis na mga sheet ng materyal, na pagkatapos ay gupitin sa nais na hugis at mahigpit na baluktot sa isang makatwirang radius. Ang mga cured felts ay binubuo ng magkatulad na fiber materials, at ginagamit ang isang carbon-containing binder para ikonekta ang mga dispersed fibers sa isang mas solid at hugis na bagay. Ang paggamit ng chemical vapor deposition ng carbon sa halip na isang binder ay maaaring mapabuti ang mekanikal na katangian ng materyal.
Karaniwan, ang panlabas na ibabaw ng thermal insulation curing felt ay pinahiran ng tuluy-tuloy na graphite coating o foil upang mabawasan ang erosion at pagkasira pati na rin ang particulate contamination. Mayroon ding iba pang mga uri ng carbon-based na thermal insulation na materyales, tulad ng carbon foam. Sa pangkalahatan, ang mga graphitized na materyales ay malinaw na ginustong dahil ang graphitization ay lubos na binabawasan ang ibabaw na lugar ng hibla. Ang outgassing ng mga high-surface-area na materyales na ito ay lubhang nababawasan, at ito ay tumatagal ng mas kaunting oras upang i-bomba ang furnace sa isang angkop na vacuum. Ang isa pa ay ang C/C composite material, na may mga natatanging katangian tulad ng magaan, mataas na damage tolerance at mataas na lakas. Ginagamit sa mga thermal field upang palitan ang mga bahagi ng grapayt ay makabuluhang binabawasan ang dalas ng pagpapalit ng mga bahagi ng grapayt, pinapabuti ang kalidad ng monocrystalline at katatagan ng produksyon.
Ayon sa pag-uuri ng hilaw na materyal, ang carbon felt ay maaaring nahahati sa polyacrylonitrile-based na carbon felt, viscose-based na carbon felt, at pitch-based na carbon felt.
Ang polyacrylonitrile-based na carbon felt ay may malaking nilalaman ng abo. Pagkatapos ng paggamot sa mataas na temperatura, ang nag-iisang hibla ay nagiging malutong. Sa panahon ng operasyon, madaling makabuo ng alikabok upang marumihan ang kapaligiran ng pugon. Kasabay nito, ang hibla ay madaling makapasok sa mga pores at respiratory tract ng katawan ng tao, na nakakapinsala sa kalusugan ng tao. Ang viscose-based na carbon felt ay may mahusay na pagganap ng thermal insulation. Ito ay medyo malambot pagkatapos ng paggamot sa init at hindi madaling makabuo ng alikabok. Gayunpaman, ang cross-section ng hilaw na hibla na nakabatay sa viscose ay hindi regular, at mayroong maraming mga uka sa ibabaw ng hibla. Madaling makabuo ng mga gas tulad ng C02 sa ilalim ng oxidizing atmosphere ng CZ silicon furnace, na nagiging sanhi ng pag-ulan ng oxygen at carbon elements sa monocrystalline silicon material. Kasama sa mga pangunahing tagagawa ang German SGL at iba pang mga kumpanya. Sa kasalukuyan, ang pinakamalawak na ginagamit sa industriya ng semiconductor na monocrystalline ay ang pitch-based na carbon felt, na may mas masahol na thermal insulation performance kaysa sa viscose-based na carbon felt, ngunit ang pitch-based na carbon felt ay may mas mataas na kadalisayan at mas mababang dust emission. Kabilang sa mga tagagawa ang Kureha Chemical at Osaka Gas ng Japan.
Dahil ang hugis ng carbon nadama ay hindi naayos, ito ay hindi maginhawa upang gumana. Ngayon, maraming kumpanya ang nakabuo ng bagong thermal insulation material batay sa carbon felt-cured carbon felt. Ang cured carbon felt, na tinatawag ding hard felt, ay isang carbon felt na may partikular na hugis at self-sustaining property pagkatapos ng malambot na felt ay pinapagbinhi ng resin, nakalamina, gumaling at carbonized.
Ang kalidad ng paglago ng monocrystalline silicon ay direktang apektado ng thermal environment, at ang carbon fiber thermal insulation materials ay may mahalagang papel sa kapaligirang ito. Ang carbon fiber thermal insulation soft felt ay mayroon pa ring makabuluhang kalamangan sa industriya ng photovoltaic semiconductor dahil sa kalamangan nito sa gastos, mahusay na thermal insulation effect, flexible na disenyo at nako-customize na hugis. Bilang karagdagan, ang carbon fiber hard thermal insulation na nadama ay magkakaroon ng mas malaking espasyo sa pag-unlad sa merkado ng materyal na thermal field dahil sa tiyak na lakas nito at mas mataas na operability. Kami ay nakatuon sa pananaliksik at pag-unlad sa larangan ng thermal insulation materials, at patuloy na ino-optimize ang performance ng produkto para isulong ang kaunlaran at pag-unlad ng industriya ng photovoltaic semiconductor.
Oras ng post: Hun-12-2024