Monokristalli kremniyning o'sish jarayoni to'liq termal maydonda amalga oshiriladi. Yaxshi termal maydon kristallarning sifatini yaxshilashga yordam beradi va yuqori kristallanish samaradorligiga ega. Issiqlik maydonining dizayni asosan dinamik issiqlik maydonidagi harorat gradyanlaridagi o'zgarishlarni va o'choq kamerasidagi gaz oqimini aniqlaydi. Issiqlik maydonida ishlatiladigan materiallarning farqi to'g'ridan-to'g'ri issiqlik maydonining xizmat qilish muddatini aniqlaydi. Asossiz termal maydon nafaqat sifat talablariga javob beradigan kristallarni etishtirish qiyin, balki muayyan jarayon talablari ostida to'liq monokristalni ham o'stira olmaydi. Shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri tortiladigan monokristalli kremniy sanoati termal maydon dizaynini eng asosiy texnologiya deb biladi va issiqlik maydonini tadqiq qilish va rivojlantirishga katta ishchi kuchi va moddiy resurslarni sarflaydi.
Issiqlik tizimi turli xil termal maydon materiallaridan iborat. Biz faqat termal sohada ishlatiladigan materiallarni qisqacha tanishtiramiz. Issiqlik maydonidagi harorat taqsimoti va uning kristall tortilishiga ta'siriga kelsak, biz bu erda tahlil qilmaymiz. Issiqlik maydoni materiali kristall o'sishi vakuumli pechning kamerasidagi struktura va issiqlik izolyatsiyasi qismiga ishora qiladi, bu yarimo'tkazgich eritmasi va kristall atrofida tegishli harorat taqsimotini yaratish uchun zarurdir.
1. Issiqlik maydoni strukturasi materiali
Monokristalli kremniyni etishtirish uchun to'g'ridan-to'g'ri tortish usuli uchun asosiy yordamchi material yuqori toza grafitdir. Grafit materiallari zamonaviy sanoatda juda muhim rol o'ynaydi. Ular kabi issiqlik maydonining tarkibiy qismlari sifatida ishlatilishi mumkinisitgichlar, hidoyat quvurlari, tigellar, Chochralski usulida monokristalli kremniyni tayyorlashda izolyatsiya trubkalari, tigelli tovoqlar va boshqalar.
Grafit materiallarikatta hajmlarda tayyorlash oson, qayta ishlanishi va yuqori haroratga chidamliligi tufayli tanlanadi. Olmos yoki grafit shaklidagi uglerod har qanday element yoki birikmaga qaraganda yuqori erish nuqtasiga ega. Grafit materiallari juda kuchli, ayniqsa yuqori haroratlarda va ularning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi ham juda yaxshi. Uning elektr o'tkazuvchanligi uni a sifatida mos qiladiisitgichmaterial. U qoniqarli issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga ega, bu esa isitgich tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlikni tigel va issiqlik maydonining boshqa qismlariga teng ravishda taqsimlash imkonini beradi. Biroq, yuqori haroratlarda, ayniqsa uzoq masofalarda, asosiy issiqlik uzatish rejimi radiatsiya hisoblanadi.
Grafit qismlari dastlab birlashtiruvchi bilan aralashtirilgan va ekstruziya yoki izostatik presslash yo'li bilan hosil qilingan mayda uglerodli zarralardan tayyorlanadi. Yuqori sifatli grafit qismlari odatda izostatik tarzda presslanadi. Butun bo'lak avval karbonlashtiriladi va keyin 3000 ° S ga yaqin juda yuqori haroratlarda grafitlanadi. Ushbu butun qismlardan ishlangan qismlar odatda yarimo'tkazgich sanoatining talablariga javob beradigan metall ifloslanishini olib tashlash uchun yuqori haroratlarda xlor o'z ichiga olgan atmosferada tozalanadi. Biroq, to'g'ri tozalashdan keyin ham, metallning ifloslanish darajasi kremniy monokristalli materiallar uchun ruxsat etilganidan bir necha baravar yuqori. Shuning uchun, bu komponentlarning ifloslanishini eritma yoki kristall yuzasiga kirmasligi uchun issiqlik maydonini loyihalashda ehtiyot bo'lish kerak.
Grafit materiallari ozgina o'tkazuvchan bo'lib, bu ichidagi qolgan metallning yuzaga chiqishini osonlashtiradi. Bundan tashqari, grafit yuzasi atrofidagi tozalash gazida mavjud bo'lgan silikon monoksit ko'pchilik materiallarga kirib, reaksiyaga kirishishi mumkin.
Ilk monokristalli kremniyli pechlar isitgichlari volfram va molibden kabi o'tga chidamli metallardan yasalgan. Grafitni qayta ishlash texnologiyasining etukligi ortib borishi bilan grafit komponentlari orasidagi bog'lanishning elektr xususiyatlari barqaror bo'lib, monokristalli kremniyli pechka isitgichlari volfram, molibden va boshqa materiallarni isitgichlarni to'liq almashtirdi. Hozirgi vaqtda eng ko'p ishlatiladigan grafit materiali izostatik grafitdir. mening mamlakatimning izostatik grafit tayyorlash texnologiyasi nisbatan orqada va mahalliy fotovoltaik sanoatda ishlatiladigan grafit materiallarining aksariyati chet eldan import qilinadi. Xorijiy izostatik grafit ishlab chiqaruvchilari, asosan, Germaniyaning SGL, Yaponiyaning Tokai Carbon, Yaponiyaning Toyo Tanso va boshqalarni o'z ichiga oladi. Czochralski monokristalli kremniy pechlarida ba'zan C / C kompozit materiallari ishlatiladi va ular murvat, yong'oq, tigel, yuk ishlab chiqarish uchun ishlatila boshlandi. plitalar va boshqa komponentlar. Uglerod / uglerod (C / C) kompozitlari - bu yuqori o'ziga xos kuch, yuqori o'ziga xos modul, past issiqlik kengayish koeffitsienti, yaxshi elektr o'tkazuvchanligi, yuqori sinish chidamliligi, past o'ziga xos tortishish kabi bir qator ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan uglerod asosidagi kompozitlar. termal zarba qarshiligi, korroziyaga chidamliligi va yuqori haroratga chidamliligi. Hozirgi vaqtda ular aerokosmik, poyga, biomateriallar va boshqa sohalarda yangi yuqori haroratga chidamli strukturaviy materiallar sifatida keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda mahalliy C/C kompozitlari duch keladigan asosiy to'siqlar hali ham xarajat va sanoatlashtirish muammolaridir.
Termal maydonlarni yaratish uchun ishlatiladigan ko'plab boshqa materiallar mavjud. Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan grafit yaxshi mexanik xususiyatlarga ega; lekin u qimmatroq va dizayn uchun boshqa talablarga ega.Silikon karbid (SiC)ko'p jihatdan grafitdan ko'ra yaxshiroq materialdir, lekin u ancha qimmatroq va katta hajmli qismlarni tayyorlash qiyin. Biroq, SiC ko'pincha a sifatida ishlatiladiCVD qoplamasikorroziy silikon monoksit gaziga ta'sir qiladigan grafit qismlarining ishlash muddatini oshirish, shuningdek, grafitdan ifloslanishni kamaytirishi mumkin. Zich CVD kremniy karbid qoplamasi mikro gözenekli grafit moddasi ichidagi ifloslantiruvchi moddalarning sirtga etib borishini samarali ravishda oldini oladi.
Yana biri CVD uglerod bo'lib, u ham grafit qismi ustida zich qatlam hosil qilishi mumkin. Atrof-muhit bilan birga mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan molibden yoki keramika materiallari kabi yuqori haroratga chidamli boshqa materiallar, eritmani ifloslanish xavfi bo'lmagan joylarda ishlatilishi mumkin. Biroq, oksidli keramika odatda yuqori haroratlarda grafit materiallariga nisbatan qo'llanilishi bilan cheklangan va agar izolyatsiya zarur bo'lsa, boshqa variantlar ham mavjud. Ulardan biri olti burchakli bor nitridi (ba'zan shunga o'xshash xususiyatlarga ko'ra oq grafit deb ataladi), lekin mexanik xususiyatlari yomon. Molibden odatda yuqori haroratli vaziyatlar uchun oqilona ishlatiladi, chunki uning o'rtacha narxi, kremniy kristallarida past diffuziya tezligi va juda past segregatsiya koeffitsienti taxminan 5 × 108, bu kristal tuzilishini yo'q qilishdan oldin ma'lum miqdorda molibden ifloslanishiga imkon beradi.
2. Issiqlik izolyatsiyalash materiallari
Eng ko'p ishlatiladigan izolyatsion material turli shakllarda uglerodli namatdir. Karbon namati yupqa tolalardan yasalgan bo'lib, ular izolyatsiya vazifasini bajaradi, chunki ular qisqa masofada termal nurlanishni bir necha marta to'sadi. Yumshoq uglerod namati nisbatan yupqa varaqlarga to'qiladi, keyin ular kerakli shaklga kesiladi va oqilona radiusga mahkam egiladi. Qattiqlashtirilgan kigizlar o'xshash tolali materiallardan iborat bo'lib, dispers tolalarni yanada mustahkam va shaklli ob'ektga ulash uchun uglerod o'z ichiga olgan bog'lovchi ishlatiladi. Birlashtiruvchi o'rniga uglerodning kimyoviy bug'lanishidan foydalanish materialning mexanik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin.
Odatda, issiqlik izolyatsiya qiluvchi namatning tashqi yuzasi eroziya va aşınma, shuningdek, zarrachalar bilan ifloslanishni kamaytirish uchun doimiy grafit qoplamasi yoki folga bilan qoplangan. Uglerodli ko'pik kabi boshqa turdagi uglerodli issiqlik izolyatsiyalash materiallari ham mavjud. Umuman olganda, grafitlangan materiallarga afzallik beriladi, chunki grafitizatsiya tolaning sirt maydonini sezilarli darajada kamaytiradi. Ushbu yuqori sirtli materiallarning gazsizlanishi sezilarli darajada kamayadi va pechni mos vakuumga pompalash uchun kamroq vaqt talab etiladi. Yana biri C/C kompozit material bo'lib, u engil vazn, yuqori shikastlanishga chidamlilik va yuqori quvvat kabi ajoyib xususiyatlarga ega. Grafit qismlarini almashtirish uchun termal maydonlarda foydalanilganda, grafit qismlarini almashtirish chastotasini sezilarli darajada kamaytiradi, monokristal sifatini va ishlab chiqarish barqarorligini yaxshilaydi.
Xom ashyo tasnifiga ko'ra, uglerod namatini poliakrilonitril asosidagi uglerod namat, viskoza asosidagi uglerod namat va pitch asosidagi uglerod namatiga bo'lish mumkin.
Poliakrilonitril asosidagi uglerod namati katta kul tarkibiga ega. Yuqori haroratli ishlov berishdan so'ng, bitta tola mo'rt bo'ladi. Ish paytida o'choq muhitini ifloslantirish uchun chang hosil qilish oson. Shu bilan birga, tolalar inson tanasining teshiklari va nafas olish yo'llariga osonlik bilan kirib boradi, bu esa inson salomatligi uchun zararli. Viskoza asosidagi uglerod namati yaxshi issiqlik izolyatsiyasi ko'rsatkichlariga ega. Issiqlik bilan ishlov berishdan keyin nisbatan yumshoq bo'lib, chang hosil qilish oson emas. Biroq, viskoza asosidagi xom tolaning kesishishi tartibsiz bo'lib, tolalar yuzasida ko'plab oluklar mavjud. CZ kremniy pechining oksidlovchi atmosferasi ostida C02 kabi gazlarni hosil qilish oson, bu monokristalli kremniy materialida kislorod va uglerod elementlarining cho'kishiga olib keladi. Asosiy ishlab chiqaruvchilar orasida Germaniya SGL va boshqa kompaniyalar mavjud. Hozirgi vaqtda yarimo'tkazgichli monokristalli sanoatda eng ko'p qo'llaniladigan pitch-asosli uglerod namati bo'lib, u viskoza asosidagi uglerod namatiga qaraganda yomonroq issiqlik izolyatsiyasi ko'rsatkichiga ega, ammo pitch-asosli uglerod namati yuqori tozalikka va kamroq chang emissiyasiga ega. Ishlab chiqaruvchilar orasida Yaponiyaning Kureha Chemical va Osaka Gas kompaniyalari bor.
Uglerod kigizining shakli mahkamlanmaganligi sababli uni ishlatish noqulay. Endi ko'plab kompaniyalar uglerodli namatli uglerod namatiga asoslangan yangi issiqlik izolyatsiyalash materialini ishlab chiqdilar. Qattiq kigiz deb ham ataladigan uglerod namati, yumshoq kigiz qatron bilan singdirilgan, laminatlangan, qattiqlashtirilgan va karbonlashtirilgandan so'ng, ma'lum bir shaklga ega va o'zini o'zi ushlab turadigan xususiyatga ega bo'lgan uglerod namatidir.
Monokristalli kremniyning o'sish sifati issiqlik muhitiga bevosita ta'sir qiladi va uglerod tolasi issiqlik izolyatsiyalash materiallari bu muhitda asosiy rol o'ynaydi. Uglerod tolali issiqlik izolyatsiyasi yumshoq namat hali ham fotovoltaik yarimo'tkazgich sanoatida uning iqtisodiy afzalligi, mukammal issiqlik izolyatsiyasi effekti, moslashuvchan dizayni va sozlanishi shakli tufayli muhim afzalliklarga ega. Bundan tashqari, uglerod tolali qattiq issiqlik izolyatsion namat o'zining ma'lum quvvati va yuqori ishlashi tufayli termal maydon materiallari bozorida ko'proq rivojlanish maydoniga ega bo'ladi. Biz issiqlik izolyatsiyasi materiallari sohasida tadqiqot va ishlanmalarga sodiqmiz va fotovoltaik yarimo'tkazgich sanoatining gullab-yashnashi va rivojlanishiga ko'maklashish uchun mahsulot ish faoliyatini doimiy ravishda optimallashtirishga intilamiz.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 12-iyun