Vienkristalinio silicio augimo procesas visiškai vykdomas šiluminiame lauke. Geras šiluminis laukas padeda pagerinti kristalų kokybę ir turi didelį kristalizacijos efektyvumą. Šiluminio lauko konstrukcija daugiausia lemia temperatūros gradientų pokyčius ir pokyčius dinaminiame šiluminiame lauke. Dujų srautas krosnies kameroje ir šiluminiame lauke naudojamų medžiagų skirtumas tiesiogiai lemia šiluminio lauko tarnavimo laiką. Neprotingai suprojektuotas šiluminis laukas ne tik apsunkina kokybės reikalavimus atitinkančių kristalų auginimą, bet ir negali išauginti pilnų pavienių kristalų pagal tam tikrus proceso reikalavimus. Štai kodėl Czochralski monokristalinio silicio pramonė terminio lauko dizainą laiko pagrindine technologija ir investuoja didžiulius darbo jėgos ir materialinius išteklius į terminio lauko tyrimus ir plėtrą.
Šiluminė sistema sudaryta iš įvairių šiluminio lauko medžiagų. Tik trumpai supažindinsime su šiluminiame lauke naudojamomis medžiagomis. Kalbant apie temperatūros pasiskirstymą šiluminiame lauke ir jo įtaką kristalų traukimui, čia to nenagrinėsime. Šiluminio lauko medžiaga reiškia kristalų augimo vakuuminę krosnį. Struktūrinės ir termiškai izoliuotos kameros dalys, kurios yra būtinos norint sukurti tinkamos temperatūros audinį aplink puslaidininkio lydalą ir kristalus.
vienas. šiluminio lauko konstrukcinės medžiagos
Pagrindinė atraminė medžiaga monokristaliniam siliciui auginti Czochralski metodu yra didelio grynumo grafitas. Grafitinės medžiagos vaidina labai svarbų vaidmenį šiuolaikinėje pramonėje. Ruošiant monokristalinį silicį Czochralski metodu, jie gali būti naudojami kaip šiluminio lauko konstrukciniai komponentai, tokie kaip šildytuvai, kreipiamieji vamzdeliai, tigliai, izoliaciniai vamzdeliai ir tiglių padėklai.
Grafitinė medžiaga pasirinkta dėl lengvo paruošimo dideliais kiekiais, apdirbamumo ir atsparumo aukštai temperatūrai savybių. Deimanto arba grafito pavidalo anglis turi aukštesnę lydymosi temperatūrą nei bet kuris elementas ar junginys. Grafitinė medžiaga yra gana tvirta, ypač aukštoje temperatūroje, jos elektros ir šilumos laidumas taip pat yra gana geras. Dėl elektrinio laidumo jis tinkamas kaip šildytuvo medžiaga, o jo šilumos laidumas yra patenkinamas, todėl šildytuvo sukuriama šiluma gali tolygiai paskirstyti tiglį ir kitas šiluminio lauko dalis. Tačiau esant aukštai temperatūrai, ypač dideliais atstumais, pagrindinis šilumos perdavimo būdas yra spinduliavimas.
Grafito dalys iš pradžių susidaro ekstruzijos arba izostatinio presavimo būdu smulkias anglies daleles, sumaišytas su rišikliu. Aukštos kokybės grafito detalės dažniausiai yra presuojamos izostatiškai. Visas gabalas iš pradžių karbonizuojamas, o po to grafitizuojamas labai aukštoje, beveik 3000°C temperatūroje. Iš šių monolitų pagamintos dalys dažnai išvalomos chloro turinčioje atmosferoje aukštoje temperatūroje, kad būtų pašalintas metalo užterštumas, kad būtų laikomasi puslaidininkių pramonės reikalavimų. Tačiau net ir tinkamai išvalius, metalo užterštumo lygis yra daug didesnis nei leidžia silicio monokristalinės medžiagos. Todėl projektuojant šiluminį lauką reikia pasirūpinti, kad šie komponentai nepatektų į lydalo ar kristalo paviršių.
Grafitinė medžiaga yra šiek tiek pralaidi, todėl viduje likęs metalas lengvai pasiekia paviršių. Be to, silicio monoksidas, esantis prapūtimo dujose aplink grafito paviršių, gali giliai prasiskverbti į daugumą medžiagų ir sureaguoti.
Ankstyvieji monokristaliniai silicio krosnių šildytuvai buvo pagaminti iš ugniai atsparių metalų, tokių kaip volframas ir molibdenas. Tobulėjant grafito apdirbimo technologijai, grafito komponentų jungčių elektrinės savybės tampa stabilios, o monokristaliniai silicio krosnių šildytuvai visiškai pakeitė volframo ir molibdeno bei kitų medžiagų šildytuvus. Šiuo metu plačiausiai naudojama grafito medžiaga yra izostatinis grafitas. semicera gali pateikti aukštos kokybės izostatiškai presuoto grafito medžiagas.
Czochralski monokristalinėse silicio krosnyse kartais naudojamos C/C kompozicinės medžiagos, o dabar jos naudojamos varžtams, veržlėms, tigliams, laikančiosioms plokštėms ir kitiems komponentams gaminti. Anglies/anglies (c/c) kompozitinės medžiagos yra anglies pluoštu sustiprintos anglies pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos. Jie turi didelį specifinį stiprumą, didelį specifinį modulį, mažą šiluminio plėtimosi koeficientą, gerą elektros laidumą, didelį atsparumą lūžiams, mažą savitąjį svorį, atsparumą šiluminiam smūgiui, atsparumą korozijai, turi daugybę puikių savybių, tokių kaip atsparumas aukštai temperatūrai, ir šiuo metu yra plačiai paplitusios. naudojama kosmoso, lenktynių, biomedžiagų ir kitose srityse kaip naujo tipo aukštai temperatūrai atspari konstrukcinė medžiaga. Šiuo metu pagrindinė kliūtis, su kuria susiduria vidaus C/C kompozitinės medžiagos, yra sąnaudos ir industrializacijos problemos.
Yra daug kitų medžiagų, naudojamų šiluminiams laukams sukurti. Anglies pluoštu sustiprintas grafitas pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis; tačiau jis yra brangesnis ir kelia kitus dizaino reikalavimus. Silicio karbidas (SiC) daugeliu atžvilgių yra geresnė medžiaga nei grafitas, tačiau jis yra daug brangesnis ir sunkiau pagaminti didelės apimties dalis. Tačiau SiC dažnai naudojamas kaip CVD danga, siekiant padidinti grafito dalių, kurias veikia agresyvios silicio monoksido dujos, tarnavimo laiką ir sumažinti grafito užterštumą. Tanki CVD silicio karbido danga efektyviai neleidžia mikroporingos grafito medžiagos viduje esantiems teršalams patekti į paviršių.
Kitas yra CVD anglis, kuri taip pat gali sudaryti tankų sluoksnį ant grafito dalių. Kitos aukštai temperatūrai atsparios medžiagos, tokios kaip molibdenas arba keraminės medžiagos, kurios yra suderinamos su aplinka, gali būti naudojamos ten, kur nėra lydalo užteršimo pavojaus. Tačiau oksidinė keramika turi ribotą tinkamumą tiesioginiam sąlyčiui su grafito medžiagomis aukštoje temperatūroje, todėl dažnai lieka nedaug alternatyvų, jei reikia izoliacijos. Vienas iš jų yra šešiakampis boro nitridas (dėl panašių savybių kartais vadinamas baltuoju grafitu), tačiau jis turi prastų mechaninių savybių. Molibdenas paprastai yra tinkamas naudoti aukštoje temperatūroje dėl nedidelės kainos, mažo difuzijos silicio kristaluose ir mažo atskyrimo koeficiento, apie 5 × 108, o tai leidžia šiek tiek užteršti molibdeną prieš sunaikinant kristalų struktūrą.
du. Šilumos lauko izoliacinės medžiagos
Dažniausiai naudojama izoliacinė medžiaga – įvairių formų anglies veltinis. Anglies veltinis yra pagamintas iš plonų pluoštų, kurie atlieka šilumos izoliaciją, nes daug kartų blokuoja šiluminę spinduliuotę per trumpą atstumą. Minkštas anglies veltinis audžiamas į santykinai plonus medžiagos lakštus, kurie vėliau supjaustomi norima forma ir sandariai sulenkiami tinkamu spinduliu. Sukietėjęs veltinys yra sudarytas iš panašių pluoštinių medžiagų, naudojant anglies turintį rišiklį, kad išsklaidytas pluoštas būtų sujungtas į tvirtesnį ir stilingesnį objektą. Naudojant cheminį anglies nusodinimą garais, o ne rišiklius, galima pagerinti medžiagos mechanines savybes.
Paprastai išorinis izoliacinio kietinto veltinio paviršius yra padengtas ištisine grafito danga arba folija, siekiant sumažinti eroziją ir susidėvėjimą bei užteršimą kietosiomis dalelėmis. Taip pat yra ir kitų tipų anglies pagrindu pagamintų izoliacinių medžiagų, tokių kaip anglies putos. Paprastai pirmenybė teikiama grafituotoms medžiagoms, nes grafitinimas labai sumažina pluošto paviršiaus plotą. Šios didelio paviršiaus ploto medžiagos leidžia kur kas mažiau išleisti dujas ir užtrunka mažiau laiko, kad krosnis būtų įtraukta į tinkamą vakuumą. Kitas tipas yra C / C kompozicinė medžiaga, kuri pasižymi išskirtinėmis savybėmis, tokiomis kaip lengvas svoris, didelis atsparumas pažeidimams ir didelis stiprumas. Naudojamas šiluminiuose laukuose grafito detalėms pakeisti, o tai žymiai sumažina grafito dalių keitimo dažnumą ir pagerina monokristalų kokybę bei gamybos stabilumą.
Pagal žaliavų klasifikaciją, anglies veltinis gali būti skirstomas į poliakrilonitrilo anglies veltinį, viskozės anglies veltinį ir asfalto anglies veltinį.
Poliakrilnitrilo pagrindu pagamintas anglies veltinis turi didelį pelenų kiekį, o monofilamentai tampa trapūs po apdorojimo aukštoje temperatūroje. Eksploatacijos metu lengvai susidaro dulkės, kurios teršia krosnies aplinką. Tuo pačiu metu pluoštai lengvai patenka į žmogaus poras ir kvėpavimo takus, todėl kenkia žmonių sveikatai; Viskozės pagrindu pagamintas anglies veltinis Pasižymi geromis šilumos izoliacinėmis savybėmis, yra gana minkštas po terminio apdorojimo ir mažiau dulkės. Tačiau viskozės pagrindu pagamintų sruogų skerspjūvis yra netaisyklingos formos, o pluošto paviršiuje yra daug griovelių, kurias lengva susidaryti esant oksidacinei atmosferai Czochralski monokristalinėje silicio krosnyje. Tokios dujos kaip CO2 sukelia deguonies ir anglies elementų nusodinimą monokristalinėse silicio medžiagose. Pagrindiniai gamintojai yra Vokietijos SGL ir kitos įmonės. Šiuo metu pikio pagrindu pagamintas anglies veltinis yra plačiausiai naudojamas puslaidininkių monokristalų pramonėje, o jo šilumos izoliacijos savybės yra geresnės nei lipnios anglies veltinio. Gumos pagrindu pagamintas anglies veltinis yra prastesnis, tačiau asfalto pagrindu pagamintas anglies veltinis yra grynesnio ir mažesnio dulkių išmetimo. Gamintojai yra Japonijos Kureha Chemical, Osaka Gas ir kt.
Kadangi anglies veltinio forma nėra fiksuota, jį naudoti nepatogu. Dabar daugelis įmonių sukūrė naują termoizoliacinę medžiagą anglies veltinio pagrindu – kietinto anglies veltinį. Sukietėjęs anglies veltinis taip pat vadinamas kietuoju veltiniu. Tai anglinis veltinis, kuris įmirkytas derva, laminuotas, sukietėjęs ir karbonizuotas turi tam tikrą formą ir savaime išsilaiko.
Vienkristalinio silicio augimo kokybei tiesiogiai priklauso šiluminio lauko aplinka, o anglies pluošto izoliacinės medžiagos vaidina pagrindinį vaidmenį šioje aplinkoje. Anglies pluošto šiluminės izoliacijos minkštas veltinis vis dar turi didelį pranašumą fotovoltinių puslaidininkių pramonėje dėl savo sąnaudų pranašumų, puikaus šilumos izoliacijos efekto, lankstaus dizaino ir pritaikytos formos. Be to, anglies pluošto standus izoliacinis veltinis turės daugiau galimybių vystytis šiluminio lauko medžiagų rinkoje dėl savo tam tikro stiprumo ir didesnio veikimo. Esame įsipareigoję atlikti tyrimus ir plėtrą termoizoliacinių medžiagų srityje ir nuolat optimizuoti gaminio veikimą, kad skatintume fotovoltinių puslaidininkių pramonės klestėjimą ir plėtrą.
Paskelbimo laikas: 2024-05-15