مونو کرسٹل لائن سلکان کی نشوونما کا عمل مکمل طور پر تھرمل فیلڈ میں ہوتا ہے۔ ایک اچھا تھرمل فیلڈ کرسٹل کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے سازگار ہے اور اس میں کرسٹلائزیشن کی کارکردگی زیادہ ہے۔ تھرمل فیلڈ کا ڈیزائن بڑی حد تک متحرک تھرمل فیلڈ میں درجہ حرارت کے میلان میں ہونے والی تبدیلیوں اور فرنس چیمبر میں گیس کے بہاؤ کا تعین کرتا ہے۔ تھرمل فیلڈ میں استعمال ہونے والے مواد میں فرق براہ راست تھرمل فیلڈ کی سروس لائف کا تعین کرتا ہے۔ ایک غیر معقول تھرمل فیلڈ میں نہ صرف ایسے کرسٹل کو اگانا مشکل ہوتا ہے جو معیار کی ضروریات کو پورا کرتے ہیں، بلکہ بعض عمل کی ضروریات کے تحت مکمل مونو کرسٹل لائن بھی نہیں اگ سکتے۔ یہی وجہ ہے کہ ڈائریکٹ پل مونو کرسٹل لائن سلکان انڈسٹری تھرمل فیلڈ ڈیزائن کو سب سے بنیادی ٹیکنالوجی مانتی ہے اور تھرمل فیلڈ ریسرچ اور ڈویلپمنٹ میں بڑی افرادی قوت اور مادی وسائل کی سرمایہ کاری کرتی ہے۔
تھرمل سسٹم مختلف تھرمل فیلڈ مواد پر مشتمل ہے۔ ہم صرف تھرمل فیلڈ میں استعمال ہونے والے مواد کا مختصر تعارف کراتے ہیں۔ جہاں تک تھرمل فیلڈ میں درجہ حرارت کی تقسیم اور کرسٹل کھینچنے پر اس کے اثرات کا تعلق ہے، ہم یہاں اس کا تجزیہ نہیں کریں گے۔ تھرمل فیلڈ میٹریل سے مراد کرسٹل گروتھ کے ویکیوم فرنس چیمبر میں ڈھانچہ اور تھرمل موصلیت کا حصہ ہے، جو سیمی کنڈکٹر پگھلنے اور کرسٹل کے گرد درجہ حرارت کی مناسب تقسیم پیدا کرنے کے لیے ضروری ہے۔
1. تھرمل فیلڈ کی ساخت کا مواد
مونو کرسٹل لائن سلیکون کو اگانے کے لیے براہ راست پل کے طریقہ کار کے لیے بنیادی معاون مواد اعلیٰ پاکیزگی والا گریفائٹ ہے۔ جدید صنعت میں گریفائٹ مواد بہت اہم کردار ادا کرتا ہے۔ وہ گرمی کے میدان ساختی اجزاء کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جیسےہیٹر, گائیڈ ٹیوب, صلیبی, Czochralski طریقہ سے monocrystalline سلکان کی تیاری میں موصلیت والی ٹیوبیں، کروسیبل ٹرے وغیرہ۔
گریفائٹ موادمنتخب کیا جاتا ہے کیونکہ وہ بڑی مقدار میں تیار کرنے میں آسان ہیں، ان پر عملدرآمد کیا جا سکتا ہے اور وہ اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحم ہیں۔ ہیرے یا گریفائٹ کی شکل میں کاربن کسی بھی عنصر یا مرکب سے زیادہ پگھلنے کا مقام رکھتا ہے۔ گریفائٹ مواد کافی مضبوط ہیں، خاص طور پر اعلی درجہ حرارت پر، اور ان کی برقی اور تھرمل چالکتا بھی کافی اچھی ہے۔ اس کی برقی چالکتا اسے ایک کے طور پر موزوں بناتی ہے۔ہیٹرمواد اس میں ایک تسلی بخش تھرمل چالکتا کا گتانک ہے، جو ہیٹر سے پیدا ہونے والی حرارت کو کروسیبل اور ہیٹ فیلڈ کے دیگر حصوں میں یکساں طور پر تقسیم کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ تاہم، اعلی درجہ حرارت پر، خاص طور پر طویل فاصلے پر، گرمی کی منتقلی کا بنیادی طریقہ تابکاری ہے۔
گریفائٹ کے پرزے ابتدائی طور پر باریک کاربونیسیئس ذرات سے بنے ہوتے ہیں جنہیں بائنڈر کے ساتھ ملایا جاتا ہے اور اخراج یا آئسوسٹیٹک دبانے سے بنتا ہے۔ اعلی معیار کے گریفائٹ حصوں کو عام طور پر الگ تھلگ دبایا جاتا ہے۔ پورے ٹکڑے کو پہلے کاربنائز کیا جاتا ہے اور پھر بہت زیادہ درجہ حرارت پر 3000 ° C کے قریب گرافٹائز کیا جاتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے دھات کی آلودگی کو دور کرنے کے لیے ان پورے ٹکڑوں سے پروسیس کیے گئے پرزوں کو عام طور پر کلورین پر مشتمل ماحول میں اعلی درجہ حرارت پر صاف کیا جاتا ہے۔ تاہم، مناسب طہارت کے بعد بھی، دھات کی آلودگی کی سطح سلیکون مونوکرسٹل لائن مواد کے لیے اجازت دی گئی شدت سے کئی آرڈرز زیادہ ہے۔ اس لیے، تھرمل فیلڈ ڈیزائن میں احتیاط برتنی چاہیے تاکہ ان اجزاء کو پگھلنے یا کرسٹل کی سطح میں داخل ہونے سے روکا جا سکے۔
گریفائٹ مواد قدرے پارگمی ہوتے ہیں، جو اندر کی باقی دھاتوں کے لیے سطح تک پہنچنا آسان بناتا ہے۔ اس کے علاوہ، گریفائٹ کی سطح کے ارد گرد صاف کرنے والی گیس میں موجود سلکان مونو آکسائیڈ زیادہ تر مواد میں گھس کر رد عمل ظاہر کر سکتا ہے۔
ابتدائی مونو کرسٹل لائن سلکان فرنس ہیٹر ریفریکٹری دھاتوں جیسے ٹنگسٹن اور مولیبڈینم سے بنے تھے۔ گریفائٹ پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی بڑھتی ہوئی پختگی کے ساتھ، گریفائٹ کے اجزاء کے درمیان رابطے کی برقی خصوصیات مستحکم ہو گئی ہیں، اور مونوکریسٹل لائن سلکان فرنس ہیٹر نے ٹنگسٹن، مولیبڈینم اور دیگر مادی ہیٹر کو مکمل طور پر تبدیل کر دیا ہے۔ اس وقت، سب سے زیادہ استعمال ہونے والا گریفائٹ مواد isostatic گریفائٹ ہے۔ میرے ملک کی isostatic گریفائٹ کی تیاری کی ٹیکنالوجی نسبتاً پسماندہ ہے، اور گھریلو فوٹو وولٹک صنعت میں استعمال ہونے والے زیادہ تر گریفائٹ مواد بیرون ملک سے درآمد کیے جاتے ہیں۔ غیر ملکی آئسوسٹیٹک گریفائٹ مینوفیکچررز میں بنیادی طور پر جرمنی کا SGL، جاپان کا Tokai Carbon، جاپان کا Toyo Tanso وغیرہ شامل ہیں۔ Czochralski monocrystalline سلکان کی بھٹیوں میں، C/C مرکب مواد کبھی کبھار استعمال کیا جاتا ہے، اور وہ بولٹ، گری دار میوے، کروسیبلز بنانے کے لیے استعمال ہونے لگے ہیں۔ پلیٹیں اور دیگر اجزاء۔ کاربن/کاربن (C/C) کمپوزٹ کاربن فائبر سے تقویت یافتہ کاربن پر مبنی کمپوزٹ ہیں جن میں بہترین خصوصیات کی ایک سیریز ہے جیسے کہ اعلی مخصوص طاقت، اعلی مخصوص ماڈیولس، کم تھرمل ایکسپینشن گتانک، اچھی برقی چالکتا، ہائی فریکچر سختی، کم مخصوص کشش ثقل، تھرمل جھٹکا مزاحمت، سنکنرن مزاحمت، اور اعلی درجہ حرارت مزاحمت. فی الحال، وہ بڑے پیمانے پر ایرو اسپیس، ریسنگ، بائیو میٹریلز اور دیگر شعبوں میں نئے اعلی درجہ حرارت مزاحم ساختی مواد کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ فی الوقت، گھریلو C/C کمپوزائٹس کو درپیش اہم رکاوٹیں اب بھی لاگت اور صنعت کاری کے مسائل ہیں۔
تھرمل فیلڈز بنانے کے لیے بہت سے دوسرے مواد استعمال کیے جاتے ہیں۔ کاربن فائبر مضبوط گریفائٹ بہتر میکانی خصوصیات ہے؛ لیکن یہ زیادہ مہنگا ہے اور ڈیزائن کے لیے دیگر تقاضے ہیں۔سلکان کاربائیڈ (SiC)بہت سے پہلوؤں میں گریفائٹ سے بہتر مواد ہے، لیکن یہ بہت زیادہ مہنگا ہے اور بڑے حجم والے حصوں کو تیار کرنا مشکل ہے۔ تاہم، SiC کو اکثر a کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔سی وی ڈی کوٹنگcorrosive سلکان مونو آکسائیڈ گیس کے سامنے گریفائٹ حصوں کی زندگی کو بڑھانے کے لئے، اور یہ بھی گریفائٹ سے آلودگی کو کم کر سکتے ہیں. گھنے CVD سلکان کاربائیڈ کوٹنگ مؤثر طریقے سے مائکروپورس گریفائٹ مواد کے اندر موجود آلودگیوں کو سطح تک پہنچنے سے روکتی ہے۔
دوسرا CVD کاربن ہے، جو گریفائٹ کے حصے کے اوپر ایک گھنی تہہ بھی بنا سکتا ہے۔ دیگر اعلی درجہ حرارت مزاحم مواد، جیسے مولبڈینم یا سیرامک مواد جو ماحول کے ساتھ ایک ساتھ رہ سکتے ہیں، استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں پگھلنے کے آلودہ ہونے کا کوئی خطرہ نہ ہو۔ تاہم، آکسائیڈ سیرامکس عام طور پر اعلی درجہ حرارت پر گریفائٹ مواد پر لاگو ہونے میں محدود ہوتے ہیں، اور اگر موصلیت کی ضرورت ہو تو کچھ اور اختیارات موجود ہیں۔ ایک ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ ہے (کبھی کبھی اسی طرح کی خصوصیات کی وجہ سے سفید گریفائٹ کہا جاتا ہے)، لیکن میکانی خصوصیات ناقص ہیں۔ مولبڈینم کو عام طور پر اعلی درجہ حرارت کے حالات کے لیے معقول طور پر استعمال کیا جاتا ہے کیونکہ اس کی معتدل قیمت، سلیکون کرسٹل میں کم پھیلاؤ کی شرح، اور تقریباً 5×108 کا ایک بہت ہی کم علیحدگی کا گتانک، جو کرسٹل ڈھانچے کو تباہ کرنے سے پہلے مولیبڈینم کی آلودگی کی ایک خاص مقدار کی اجازت دیتا ہے۔
2. تھرمل موصلیت کا مواد
سب سے زیادہ استعمال شدہ موصلیت کا مواد کاربن ہے جو مختلف شکلوں میں محسوس ہوتا ہے۔ کاربن فیلٹ پتلی ریشوں سے بنا ہوتا ہے، جو موصلیت کا کام کرتا ہے کیونکہ وہ تھوڑے فاصلے پر کئی بار تھرمل ریڈی ایشن کو روکتے ہیں۔ نرم کاربن محسوس شدہ مواد کی نسبتاً پتلی چادروں میں بُنا جاتا ہے، جسے پھر مطلوبہ شکل میں کاٹا جاتا ہے اور ایک معقول رداس میں مضبوطی سے جھکا دیا جاتا ہے۔ ٹھیک شدہ فیلٹس اسی طرح کے فائبر مواد پر مشتمل ہوتے ہیں، اور ایک کاربن پر مشتمل بائنڈر کا استعمال منتشر ریشوں کو زیادہ ٹھوس اور شکل والی چیز میں جوڑنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ بائنڈر کے بجائے کاربن کے کیمیائی بخارات جمع کرنے سے مواد کی مکینیکل خصوصیات کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔
عام طور پر، تھرمل انسولیشن کیورنگ فیلٹ کی بیرونی سطح کو مسلسل گریفائٹ کوٹنگ یا ورق کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے تاکہ کٹاؤ اور پہننے کے ساتھ ساتھ ذرات کی آلودگی کو کم کیا جا سکے۔ کاربن پر مبنی تھرمل موصلیت کے مواد کی دیگر اقسام بھی موجود ہیں، جیسے کاربن فوم۔ عام طور پر، گرافٹائزڈ مواد کو واضح طور پر ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ گرافٹائزیشن فائبر کی سطح کے رقبے کو بہت کم کر دیتی ہے۔ ان اونچی سطح کے رقبے کے مواد کی گیس کا اخراج بہت کم ہو جاتا ہے، اور بھٹی کو مناسب ویکیوم تک پمپ کرنے میں کم وقت لگتا ہے۔ دوسرا C/C مرکب مواد ہے، جس میں نمایاں خصوصیات ہیں جیسے ہلکے وزن، زیادہ نقصان برداشت اور اعلی طاقت۔ گریفائٹ حصوں کو تبدیل کرنے کے لئے تھرمل فیلڈز میں استعمال کیا جاتا ہے، گریفائٹ حصوں کی تبدیلی کی فریکوئنسی کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے، monocrystalline معیار اور پیداوار کے استحکام کو بہتر بناتا ہے.
خام مال کی درجہ بندی کے مطابق، کاربن فیلٹ کو پولی کریلونیٹریل پر مبنی کاربن فیلٹ، ویسکوز پر مبنی کاربن فیلٹ، اور پچ پر مبنی کاربن فیلٹ میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔
Polyacrylonitrile پر مبنی کاربن فیلٹ میں راکھ کا بڑا مواد ہوتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت کے علاج کے بعد، واحد ریشہ ٹوٹ جاتا ہے. آپریشن کے دوران، بھٹی کے ماحول کو آلودہ کرنے کے لیے دھول پیدا کرنا آسان ہے۔ اس کے ساتھ ساتھ فائبر انسانی جسم کے چھیدوں اور سانس کی نالی میں آسانی سے داخل ہو سکتا ہے جو کہ انسانی صحت کے لیے نقصان دہ ہے۔ ویزکوز پر مبنی کاربن فیلٹ میں تھرمل موصلیت کی اچھی کارکردگی ہے۔ گرمی کے علاج کے بعد یہ نسبتاً نرم ہے اور دھول پیدا کرنا آسان نہیں ہے۔ تاہم، ویزکوز پر مبنی خام فائبر کا کراس سیکشن بے قاعدہ ہے، اور فائبر کی سطح پر بہت سے نالی ہیں۔ CZ سلکان فرنس کے آکسیڈائزنگ ماحول کے تحت C02 جیسی گیسوں کو پیدا کرنا آسان ہے، جس سے مونوکریسٹل لائن سلکان مواد میں آکسیجن اور کاربن عناصر کی بارش ہوتی ہے۔ مرکزی مینوفیکچررز میں جرمن ایس جی ایل اور دیگر کمپنیاں شامل ہیں۔ فی الحال، سیمی کنڈکٹر مونوکرسٹل لائن انڈسٹری میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی پچ پر مبنی کاربن فیلٹ ہے، جس کی تھرمل موصلیت کی کارکردگی ویزکوز پر مبنی کاربن فیلٹ سے بھی بدتر ہے، لیکن پچ پر مبنی کاربن فیلٹ زیادہ پاکیزگی اور دھول کا اخراج کم رکھتا ہے۔ مینوفیکچررز میں جاپان کی کوریہ کیمیکل اور اوساکا گیس شامل ہیں۔
کیونکہ کاربن محسوس کی شکل مقرر نہیں ہے، یہ کام کرنے کے لئے تکلیف دہ ہے. اب بہت سی کمپنیوں نے ایک نیا تھرمل موصلیت کا مواد تیار کیا ہے جس کی بنیاد کاربن فیلٹ-کیورڈ کاربن فیلٹ ہے۔ کیورڈ کاربن فیلٹ، جسے ہارڈ فیلٹ بھی کہا جاتا ہے، ایک خاص شکل اور خود کو برقرار رکھنے والی خاصیت کے ساتھ محسوس کیا جانے والا کاربن ہے جب نرم محسوس کو رال، پرتدار، کیور اور کاربنائزڈ سے رنگین کیا جاتا ہے۔
مونوکریسٹل لائن سلکان کی ترقی کا معیار تھرمل ماحول سے براہ راست متاثر ہوتا ہے، اور کاربن فائبر تھرمل موصلیت کا مواد اس ماحول میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔ فوٹو وولٹک سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں کاربن فائبر تھرمل موصلیت کا نرم فیلٹ اب بھی اس کی لاگت کے فائدہ، بہترین تھرمل موصلیت کا اثر، لچکدار ڈیزائن اور مرضی کے مطابق شکل کی وجہ سے ایک اہم فائدہ رکھتا ہے۔ اس کے علاوہ، کاربن فائبر کی سخت تھرمل موصلیت کو محسوس کیا جاتا ہے کہ اس کی مخصوص طاقت اور اعلی آپریبلٹی کی وجہ سے تھرمل فیلڈ میٹریل مارکیٹ میں زیادہ ترقی کی جگہ ہوگی۔ ہم تھرمل موصلیت کے مواد کے میدان میں تحقیق اور ترقی کے لیے پرعزم ہیں، اور فوٹو وولٹک سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی خوشحالی اور ترقی کو فروغ دینے کے لیے مصنوعات کی کارکردگی کو مسلسل بہتر بناتے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: جون-12-2024