Monokristal silisyumun büyüme süreci tamamen termal alanda gerçekleştirilir. İyi bir termal alan, kristallerin kalitesinin iyileştirilmesine yardımcı olur ve daha yüksek bir kristalizasyon verimliliğine sahiptir. Termal alanın tasarımı, büyük ölçüde dinamik termal alandaki sıcaklık gradyanlarındaki değişiklikleri ve fırın odasındaki gaz akışını belirler. Termal alanda kullanılan malzemelerin farklılığı termal alanın kullanım ömrünü doğrudan belirler. Makul olmayan bir termal alan, yalnızca kalite gereksinimlerini karşılayan kristallerin büyütülmesini zorlaştırmakla kalmaz, aynı zamanda belirli işlem gereksinimleri altında tamamen monokristal olarak büyüyemez. Doğrudan çekmeli monokristalin silikon endüstrisinin termal alan tasarımını en temel teknoloji olarak görmesinin ve termal alan araştırma ve geliştirmesine büyük insan gücü ve malzeme kaynaklarına yatırım yapmasının nedeni budur.
Termal sistem çeşitli termal alan malzemelerinden oluşur. Termal alanda kullanılan malzemeleri kısaca tanıtıyoruz. Termal alandaki sıcaklık dağılımı ve bunun kristal çekme üzerindeki etkisine gelince, onu burada analiz etmeyeceğiz. Termal alan malzemesi, yarı iletken eriyik ve kristal çevresinde uygun bir sıcaklık dağılımı oluşturmak için gerekli olan kristal büyümesinin vakumlu fırın odasındaki yapıyı ve ısı yalıtım kısmını ifade eder.
1. Termal alan yapı malzemesi
Monokristalin silikonu büyütmek için doğrudan çekme yönteminin temel destekleyici malzemesi yüksek saflıkta grafittir. Grafit malzemeler modern endüstride çok önemli bir rol oynamaktadır. Isı alanı yapısal bileşenleri olarak kullanılabilirler.ısıtıcılar, kılavuz tüpler, potalarCzochralski yöntemiyle monokristalin silikonun hazırlanmasında yalıtım tüpleri, pota tepsileri vb.
Grafit malzemelerBüyük hacimlerde hazırlanabilmeleri, işlenebilmeleri ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı olmaları nedeniyle tercih edilmektedir. Elmas veya grafit formundaki karbon, herhangi bir element veya bileşikten daha yüksek bir erime noktasına sahiptir. Grafit malzemeler özellikle yüksek sıcaklıklarda oldukça dayanıklı olup, elektrik ve ısı iletkenlikleri de oldukça iyidir. Elektrik iletkenliği onu uygun hale getirirısıtıcımalzeme. Isıtıcının ürettiği ısının potaya ve ısı alanının diğer kısımlarına eşit şekilde dağıtılmasını sağlayan tatmin edici bir ısı iletkenlik katsayısına sahiptir. Ancak yüksek sıcaklıklarda, özellikle uzun mesafelerde, ana ısı transfer modu radyasyondur.
Grafit parçalar başlangıçta bir bağlayıcıyla karıştırılmış ve ekstrüzyon veya izostatik presleme yoluyla oluşturulan ince karbonlu parçacıklardan yapılır. Yüksek kaliteli grafit parçalar genellikle izostatik olarak preslenir. Parçanın tamamı önce karbonlaştırılır ve ardından 3000°C'ye yakın çok yüksek sıcaklıklarda grafitleştirilir. Bu bütün parçalardan işlenen parçalar, yarı iletken endüstrisinin gereksinimlerini karşılamak amacıyla metal kirliliğini gidermek için genellikle yüksek sıcaklıklarda klor içeren bir atmosferde saflaştırılır. Bununla birlikte, uygun saflaştırmadan sonra bile metal kirliliğinin seviyesi, silikon monokristalin malzemeler için izin verilenden birkaç kat daha yüksektir. Bu nedenle, bu bileşenlerin kirlenmesinin eriyik veya kristal yüzeyine girmesini önlemek için termal alan tasarımında dikkatli olunmalıdır.
Grafit malzemeler hafif geçirgendir, bu da içeride kalan metalin yüzeye ulaşmasını kolaylaştırır. Ek olarak, grafit yüzeyinin çevresindeki temizleme gazında bulunan silikon monoksit çoğu malzemeye nüfuz edebilir ve reaksiyona girebilir.
İlk monokristalin silikon fırın ısıtıcıları, tungsten ve molibden gibi refrakter metallerden yapılmıştır. Grafit işleme teknolojisinin artan olgunluğuyla birlikte, grafit bileşenleri arasındaki bağlantının elektriksel özellikleri stabil hale geldi ve monokristal silikon fırın ısıtıcıları, tungsten, molibden ve diğer malzeme ısıtıcılarının yerini tamamen aldı. Şu anda en yaygın kullanılan grafit malzemesi izostatik grafittir. ülkemin izostatik grafit hazırlama teknolojisi nispeten geri kalmış olup, yerli fotovoltaik endüstrisinde kullanılan grafit malzemelerin çoğu yurt dışından ithal edilmektedir. Yabancı izostatik grafit üreticileri arasında ağırlıklı olarak Almanya'nın SGL'si, Japonya'nın Tokai Carbon'u, Japonya'nın Toyo Tanso'su vb. yer almaktadır. Czochralski monokristalin silikon fırınlarında bazen C/C kompozit malzemeler kullanılmakta ve bunlar cıvata, somun, pota, yük, yük imalatında kullanılmaya başlanmıştır. plakalar ve diğer bileşenler. Karbon/karbon (C/C) kompozitleri, yüksek özgül mukavemet, yüksek özgül modül, düşük termal genleşme katsayısı, iyi elektrik iletkenliği, yüksek kırılma tokluğu, düşük özgül ağırlık gibi bir dizi mükemmel özelliğe sahip, karbon fiber takviyeli karbon bazlı kompozitlerdir. termal şok direnci, korozyon direnci ve yüksek sıcaklık direnci. Şu anda havacılık, yarış, biyomalzemeler ve diğer alanlarda yeni yüksek sıcaklığa dayanıklı yapısal malzemeler olarak yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Şu anda yerli C/C kompozitlerinin karşılaştığı ana darboğazlar hâlâ maliyet ve sanayileşme sorunlarıdır.
Termal alanlar oluşturmak için kullanılan birçok başka malzeme vardır. Karbon fiberle güçlendirilmiş grafit daha iyi mekanik özelliklere sahiptir; ancak daha pahalıdır ve tasarım açısından başka gereksinimleri vardır.Silisyum karbür (SiC)Birçok açıdan grafitten daha iyi bir malzemedir ancak büyük hacimli parçaların hazırlanması çok daha pahalı ve zordur. Ancak SiC sıklıkla kullanılır.CVD kaplamaaşındırıcı silikon monoksit gazına maruz kalan grafit parçaların ömrünü uzatır ve ayrıca grafitten kaynaklanan kirlenmeyi de azaltabilir. Yoğun CVD silisyum karbür kaplama, mikro gözenekli grafit malzemenin içindeki kirletici maddelerin yüzeye ulaşmasını etkili bir şekilde önler.
Bir diğeri de grafit kısmın üzerinde yoğun bir katman oluşturabilen CVD karbondur. Molibden veya çevre ile bir arada bulunabilen seramik malzemeler gibi yüksek sıcaklığa dayanıklı diğer malzemeler, eriyiğin kirlenme riskinin olmadığı yerlerde kullanılabilir. Bununla birlikte, oksit seramiklerin yüksek sıcaklıklarda grafit malzemelere uygulanabilirliği genellikle sınırlıdır ve izolasyonun gerekli olduğu durumlarda başka birkaç seçenek vardır. Bunlardan biri altıgen bor nitrürdür (benzer özelliklerinden dolayı bazen beyaz grafit olarak da adlandırılır), ancak mekanik özellikleri zayıftır. Molibden, makul maliyeti, silikon kristallerindeki düşük difüzyon hızı ve yaklaşık 5x108'lik çok düşük ayrışma katsayısı nedeniyle genellikle yüksek sıcaklık durumları için makul bir şekilde kullanılır; bu, kristal yapıyı bozmadan önce belirli bir miktarda molibden kirlenmesine izin verir.
2. Isı yalıtım malzemeleri
En yaygın kullanılan yalıtım malzemesi çeşitli formlardaki karbon keçedir. Karbon keçe, kısa mesafelerde termal radyasyonu birçok kez engellediği için yalıtım görevi gören ince elyaflardan yapılmıştır. Yumuşak karbon keçe, nispeten ince malzeme tabakaları halinde dokunur, bunlar daha sonra istenen şekilde kesilir ve makul bir yarıçapta sıkıca bükülür. Kürlenmiş keçeler benzer fiber malzemelerden oluşur ve dağılmış fiberleri daha katı ve şekilli bir nesneye bağlamak için karbon içeren bir bağlayıcı kullanılır. Bağlayıcı yerine karbonun kimyasal buhar biriktirilmesinin kullanılması malzemenin mekanik özelliklerini geliştirebilir.
Tipik olarak, ısı yalıtım kürleme keçesinin dış yüzeyi, erozyon ve aşınmanın yanı sıra partikül kirliliğini azaltmak için sürekli bir grafit kaplama veya folyo ile kaplanır. Karbon köpük gibi başka karbon bazlı ısı yalıtım malzemeleri de mevcuttur. Genel olarak grafitleştirilmiş malzemeler açıkçası tercih edilir çünkü grafitleşme fiberin yüzey alanını büyük ölçüde azaltır. Bu yüksek yüzey alanlı malzemelerin gaz çıkışı büyük ölçüde azalır ve fırının uygun bir vakuma pompalanması daha az zaman alır. Bir diğeri ise hafiflik, yüksek hasar toleransı ve yüksek mukavemet gibi olağanüstü özelliklere sahip olan C/C kompozit malzemedir. Grafit parçaları değiştirmek için termal alanlarda kullanıldığında, grafit parçaların değiştirilme sıklığını önemli ölçüde azaltır, monokristalin kalitesini ve üretim stabilitesini artırır.
Hammadde sınıflandırmasına göre karbon keçe, poliakrilonitril bazlı karbon keçe, viskon bazlı karbon keçe ve zift bazlı karbon keçeye ayrılabilir.
Poliakrilonitril bazlı karbon keçe büyük bir kül içeriğine sahiptir. Yüksek sıcaklıkta işlemden sonra tek fiber kırılgan hale gelir. Çalışma sırasında fırın ortamını kirletecek toz oluşumu kolaydır. Aynı zamanda lif, insan vücudunun gözeneklerine ve solunum yollarına kolaylıkla girebilmekte, bu da insan sağlığına zararlıdır. Viskon bazlı karbon keçe iyi bir ısı yalıtım performansına sahiptir. Isıl işlemden sonra nispeten yumuşaktır ve toz oluşması kolay değildir. Ancak viskon bazlı ham elyafın kesiti düzensizdir ve elyaf yüzeyinde çok sayıda oluk bulunmaktadır. CZ silikon fırınının oksitleyici atmosferi altında C02 gibi gazların üretilmesi kolaydır, bu da monokristalin silikon malzemede oksijen ve karbon elementlerinin çökelmesine neden olur. Ana üreticiler arasında Alman SGL ve diğer şirketler bulunmaktadır. Şu anda yarı iletken monokristal endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan, viskon bazlı karbon keçeden daha kötü ısı yalıtım performansına sahip olan zift bazlı karbon keçedir, ancak zift bazlı karbon keçe daha yüksek saflığa ve daha düşük toz emisyonuna sahiptir. Üreticiler arasında Japon Kureha Chemical ve Osaka Gas yer alıyor.
Karbon keçenin şekli sabit olmadığı için çalıştırılması sakıncalıdır. Artık birçok şirket, karbon keçeyle kürlenen karbon keçeye dayalı yeni bir ısı yalıtım malzemesi geliştirdi. Sert keçe olarak da adlandırılan kürlenmiş karbon keçe, yumuşak keçenin reçine ile emprenye edilmesi, lamine edilmesi, kürlenmesi ve karbonlaştırılmasından sonra belirli bir şekle ve kendi kendini sürdürme özelliğine sahip bir karbon keçesidir.
Monokristal silisyumun büyüme kalitesi termal ortamdan doğrudan etkilenir ve karbon fiber ısı yalıtım malzemeleri bu ortamda önemli bir rol oynar. Karbon fiber ısı yalıtım yumuşak keçesi, maliyet avantajı, mükemmel ısı yalıtım etkisi, esnek tasarımı ve özelleştirilebilir şekli nedeniyle fotovoltaik yarı iletken endüstrisinde hala önemli bir avantaja sahiptir. Ayrıca karbon fiber sert ısı yalıtım keçesi, belirli mukavemeti ve daha yüksek işlenebilirliği nedeniyle termal alan malzemesi pazarında daha fazla gelişme alanına sahip olacaktır. Isı yalıtım malzemeleri alanında araştırma ve geliştirmeye kendimizi adadık ve fotovoltaik yarı iletken endüstrisinin refahını ve gelişimini desteklemek için ürün performansını sürekli olarak optimize ediyoruz.
Gönderim zamanı: Haz-12-2024