Процесот на раст на еднокристалниот силициум е целосно спроведен на термичко поле. Доброто термичко поле е погодно за подобрување на квалитетот на кристалите и има висока ефикасност на кристализација. Дизајнот на термичкото поле во голема мера ги одредува промените и промените во температурните градиенти во динамичкото термичко поле. Протокот на гас во комората на печката и разликата во материјалите што се користат во термичкото поле директно го одредуваат работниот век на термичкото поле. Неразумно дизајнираното термичко поле не само што го отежнува одгледувањето на кристали кои ги задоволуваат барањата за квалитет, туку и не можат да растат целосни единечни кристали под одредени барања на процесот. Ова е причината зошто индустријата за монокристален силициум Czochralski го смета дизајнот на термичките полиња како основна технологија и инвестира огромна работна сила и материјални ресурси во истражување и развој на термичко поле.
Термичкиот систем е составен од различни материјали за топлинско поле. Само накратко ќе ги претставиме материјалите што се користат во термичкото поле. Што се однесува до дистрибуцијата на температурата во термичкото поле и нејзиното влијание врз влечењето на кристалите, нема да го анализираме овде. Материјалот за термичко поле се однесува на вакуумската печка за раст на кристалите. Структурни и термички изолирани делови од комората, кои се од суштинско значење за создавање на соодветна температурна ткаенина околу топењето на полупроводниците и кристалите.
еден. топлинско поле структурни материјали
Основниот потпорен материјал за одгледување на монокристален силициум со методот Czochralski е графит со висока чистота. Графитните материјали играат многу важна улога во модерната индустрија. При подготовката на монокристален силициум со методот на Чохралски, тие можат да се користат како структурни компоненти на топлинско поле, како што се грејачи, цевки за водење, садници, изолациски цевки и фиоки за садници.
Графитниот материјал е избран поради неговата леснотија на подготовка во големи количини, обработливоста и својствата на отпорност на високи температури. Јаглеродот во форма на дијамант или графит има повисока точка на топење од кој било елемент или соединение. Графитниот материјал е доста цврст, особено на високи температури, а неговата електрична и топлинска спроводливост е исто така доста добра. Неговата електрична спроводливост го прави погоден како материјал за грејач, а има и задоволителна топлинска спроводливост што може рамномерно да ја распредели топлината што ја создава грејачот до садот и другите делови од топлинското поле. Меѓутоа, при високи температури, особено на долги растојанија, главниот начин на пренос на топлина е зрачењето.
Графитните делови првично се формираат со истиснување или изостатско притискање на фини јаглеродни честички измешани со врзивно средство. Висококвалитетните графитни делови обично се изостатски притиснати. Целото парче прво се карбонизира, а потоа се графитизира на многу високи температури, блиску до 3000°C. Деловите обработени од овие монолити често се прочистуваат во атмосфера што содржи хлор на високи температури за да се отстрани металната контаминација за да се усогласат со барањата на индустријата за полупроводници. Сепак, дури и со соодветно прочистување, нивоата на метална контаминација се поредоци на големина повисоки од дозволените од силициумските еднокристални материјали. Затоа, мора да се внимава при дизајнирањето на термичкото поле за да се спречи контаминација на овие компоненти да навлезат во топената или кристалната површина.
Графитниот материјал е малку пропустлив, што овозможува преостанатиот метал внатре лесно да стигне до површината. Покрај тоа, силициум моноксидот присутен во гасот за прочистување околу површината на графитот може да навлезе длабоко во повеќето материјали и да реагира.
Раните грејачи на силиконски печки со еден кристал биле направени од огноотпорни метали како што се волфрам и молибден. Како што созрева технологијата за обработка на графит, електричните својства на врските помеѓу графитните компоненти стануваат стабилни, а грејачите на силиконски печки со единечна кристала целосно ги заменија грејачите од волфрам и молибден и други материјали. Најшироко користен графитен материјал во моментов е изостатскиот графит. semicera може да обезбеди висококвалитетни изостатски пресувани графитни материјали.
Во монокристалните силициумски печки Czochralski, понекогаш се користат C/C композитни материјали, кои сега се користат за производство на завртки, навртки, садници, носечки плочи и други компоненти. Јаглерод/јаглерод (c/c) композитни материјали се композитни материјали засилени со јаглеродни влакна базирани на јаглерод. Тие имаат висока специфична јачина, висок специфичен модул, низок коефициент на термичка експанзија, добра електрична спроводливост, голема цврстина на фрактура, ниска специфична тежина, отпорност на термички удар, отпорност на корозија, Има низа одлични својства како отпорност на високи температури и во моментов е широко се користи во воздушната, трките, биоматеријалите и другите полиња како нов тип на структурен материјал отпорен на високи температури. Во моментов, главното тесно грло со кое се соочуваат домашните C/C композитни материјали се проблемите со трошоците и индустријализацијата.
Постојат многу други материјали кои се користат за создавање термички полиња. Графитот засилен со јаглеродни влакна има подобри механички својства; сепак, тој е поскап и наметнува други барања за дизајн. Силициум карбид (SiC) е подобар материјал од графитот на многу начини, но е многу поскап и тешко да се направат делови со голем волумен. Сепак, SiC често се користи како CVD облога за да се зголеми животниот век на деловите од графит изложени на агресивен гас силикон моноксид и исто така да се намали контаминацијата од графит. Густата CVD облога од силициум карбид ефикасно ги спречува загадувачите во внатрешноста на микропорозниот графитен материјал да стигнат до површината.
Другиот е CVD јаглерод, кој исто така може да формира густ слој на горниот дел од графитните делови. Други материјали отпорни на високи температури, како што се молибден или керамички материјали кои се компатибилни со животната средина, може да се користат таму каде што не постои ризик од контаминација на топењето. Сепак, оксидната керамика има ограничена соодветност за директен контакт со графитни материјали на високи температури, често оставајќи неколку алтернативи доколку е потребна изолација. Еден од нив е хексагонален бор нитрид (понекогаш се нарекува бел графит поради слични својства), но има лоши механички својства. Молибденот е генерално разумен за примена на високи температури поради неговата умерена цена, малата дифузија во силиконските кристали и нискиот коефициент на сегрегација, околу 5 × 108, што овозможува одредена контаминација со молибден пред да ја уништи кристалната структура.
два. Материјали за изолација на топлинско поле
Најчесто користен изолационен материјал е јаглерод филц во различни форми. Јаглеродниот филц е направен од тенки влакна кои делуваат како топлинска изолација бидејќи многу пати го блокираат топлинското зрачење на кратко растојание. Мекиот јаглероден филц е вткаен во релативно тенки листови материјал, кои потоа се сечат во саканата форма и цврсто се свиткани до разумен радиус. Стврднатиот филц е составен од слични влакна материјали, користејќи врзивно средство што содржи јаглерод за да ги поврзе дисперзираните влакна во поцврст и стилски предмет. Употребата на хемиско таложење на јаглерод со пареа наместо врзива може да ги подобри механичките својства на материјалот.
Вообичаено, надворешната површина на изолациониот зацврстен филц е обложена со континуирано графитна обвивка или фолија за да се намали ерозијата и абењето, како и контаминацијата со честички. Постојат и други видови на изолациски материјали базирани на јаглерод, како што е јаглеродната пена. Генерално, графитизираните материјали јасно се претпочитаат бидејќи графитизацијата во голема мера ја намалува површината на влакното. Овие материјали со висока површина овозможуваат многу помалку испуштање на гасови и им треба помалку време за да се повлече печката до соодветен вакуум. Другиот тип е C/C композитен материјал, кој има извонредни карактеристики како што се мала тежина, висока толеранција на оштетување и висока јачина. Се користи во термички полиња за замена на делови од графит, што значително ја намалува фреквенцијата на замена на графитните делови и го подобрува квалитетот на еден кристал и стабилноста на производството.
Според класификацијата на суровините, јаглеродниот филц може да се подели на јаглероден филц на база на полиакрилонитрил, јаглероден филц на база на вискоза и јаглероден филц на база на асфалт.
Јаглеродниот филц базиран на полиакрилонитрил има голема содржина на пепел, а монофиламентите стануваат кршливи по обработката на висока температура. За време на работата, прашината лесно се создава за да се загади околината на печката. Во исто време, влакната лесно влегуваат во човечките пори и респираторните патишта, предизвикувајќи штета на здравјето на луѓето; Јаглероден филц на база на вискоза Има добри својства на топлинска изолација, релативно е мек по термичка обработка и помала е веројатноста да произведува прашина. Сепак, пресекот на жиците базирани на вискоза има неправилна форма и има многу клисури на површината на влакната, што лесно се формира во присуство на оксидирачка атмосфера во еднокристална силиконска печка Czochralski. Гасовите како CO2 предизвикуваат таложење на кислород и јаглеродни елементи во еднокристалните силициумски материјали. Главните производители вклучуваат германски SGL и други компании. Во моментов, јаглеродниот филц базиран на висина е најшироко користен во индустријата за полупроводнички единечни кристали, а неговите перформанси на топлинска изолација се подобри од оние на лепливиот јаглероден филц. Јаглеродниот филц базиран на гума за џвакање е инфериорен, но јаглеродниот филц базиран на асфалт има поголема чистота и помала емисија на прашина. Производителите ги вклучуваат јапонската Kureha Chemical, Osaka Gas, итн.
Бидејќи обликот на јаглеродниот филц не е фиксиран, незгодно е да се работи. Сега многу компании развија нов термоизолационен материјал заснован на јаглероден филц - изработена јаглеродна филц. Исцедениот јаглероден филц се нарекува и тврд филц. Тоа е јаглероден филц кој има одредена форма и самоодржливост откако ќе биде импрегниран со смола, ламиниран, зацврстен и карбонизиран.
Квалитетот на растот на еднокристалниот силициум е директно под влијание на околината на топлинското поле, а материјалите за изолација од јаглеродни влакна играат клучна улога во оваа средина. Мекиот филц за топлинска изолација од јаглеродни влакна сè уште зазема значајна предност во индустријата за фотоволтаични полупроводници поради предностите во трошоците, одличниот ефект на топлинска изолација, флексибилен дизајн и приспособлива форма. Дополнително, цврстиот изолациски филтер од јаглеродни влакна ќе има поголем простор за развој на пазарот на материјали за топлинско поле поради неговата одредена јачина и поголема оперативност. Посветени сме на истражување и развој во областа на материјалите за топлинска изолација и континуирано ги оптимизираме перформансите на производот за да го промовираме просперитетот и развојот на индустријата за фотоволтаични полупроводници.
Време на објавување: мај-15-2024 година