Proces rasta monokristala silicija u potpunosti se odvija u toplinskom polju.Dobro toplinsko polje pogoduje poboljšanju kvalitete kristala i ima visoku učinkovitost kristalizacije.Dizajn toplinskog polja uvelike određuje promjene i promjene u temperaturnim gradijentima u dinamičkom toplinskom polju.Protok plina u komori peći i razlika u materijalima koji se koriste u toplinskom polju izravno određuju životni vijek toplinskog polja.Nerazumno dizajnirano toplinsko polje ne samo da otežava uzgoj kristala koji zadovoljavaju zahtjeve kvalitete, nego također ne može uzgojiti kompletne pojedinačne kristale pod određenim zahtjevima procesa.To je razlog zašto industrija monokristalnog silicija Czochralski dizajn toplinskog polja smatra temeljnom tehnologijom i ulaže ogromne ljudske i materijalne resurse u istraživanje i razvoj termalnog polja.
Toplinski sustav sastoji se od različitih materijala toplinskog polja.Samo ćemo ukratko predstaviti materijale koji se koriste u toplinskom polju.Što se tiče raspodjele temperature u toplinskom polju i njenog utjecaja na povlačenje kristala, nećemo je ovdje analizirati.Materijal toplinskog polja odnosi se na vakuumsku peć za rast kristala.Strukturni i toplinski izolirani dijelovi komore, koji su neophodni za stvaranje platna odgovarajuće temperature oko taline poluvodiča i kristala.
jedan.toplinsko polje konstrukcijskih materijala
Osnovni nosivi materijal za uzgoj monokristala silicija Czochralski metodom je grafit visoke čistoće.Grafitni materijali imaju vrlo važnu ulogu u modernoj industriji.U pripremi monokristalnog silicija Czochralski metodom, oni se mogu koristiti kao strukturne komponente toplinskog polja kao što su grijači, cijevi za vođenje, lončići, izolacijske cijevi i posude za lončiće.
Grafitni materijal odabran je zbog njegove lakoće pripreme u velikim količinama, mogućnosti obrade i otpornosti na visoke temperature.Ugljik u obliku dijamanta ili grafita ima višu točku taljenja od bilo kojeg elementa ili spoja.Grafitni materijal je prilično jak, posebno na visokim temperaturama, a njegova električna i toplinska vodljivost je također prilično dobra.Njegova električna vodljivost čini ga pogodnim kao materijal za grijanje, a ima i zadovoljavajuću toplinsku vodljivost koja može ravnomjerno rasporediti toplinu koju stvara grijač na lončić i druge dijelove toplinskog polja.Međutim, pri visokim temperaturama, osobito na velikim udaljenostima, glavni način prijenosa topline je zračenje.
Grafitni dijelovi se inicijalno oblikuju ekstruzijom ili izostatičkim prešanjem finih ugljičnih čestica pomiješanih s vezivom.Visokokvalitetni grafitni dijelovi obično su izostatski prešani.Cijeli komad je prvo karboniziran, a zatim grafitiziran na vrlo visokim temperaturama, blizu 3000°C.Dijelovi izrađeni od tih monolita često se pročišćavaju u atmosferi koja sadrži klor na visokim temperaturama kako bi se uklonila metalna kontaminacija kako bi se zadovoljili zahtjevi industrije poluvodiča.Međutim, čak i uz pravilno pročišćavanje, razine kontaminacije metalima su reda veličine veće od dopuštenih monokristalnih materijala silicija.Stoga se mora voditi računa o dizajnu toplinskog polja kako bi se spriječilo da onečišćenje ovih komponenti uđe u talinu ili površinu kristala.
Grafitni materijal je malo propustan, što omogućuje da ostatak metala iznutra lako dopre do površine.Osim toga, silicijev monoksid prisutan u plinu za pročišćavanje oko površine grafita može prodrijeti duboko u većinu materijala i reagirati.
Rani grijači na monokristalnim silikonskim pećima bili su izrađeni od vatrostalnih metala kao što su volfram i molibden.Kako tehnologija obrade grafita sazrijeva, električna svojstva veza između grafitnih komponenti postaju stabilna, a grijači peći na monokristalnom siliciju potpuno su zamijenili grijače od volframa i molibdena i drugih materijala.Grafitni materijal koji se trenutno najviše koristi je izostatski grafit.semicera može pružiti visokokvalitetne izostatski prešane grafitne materijale.
U Czochralski monokristalnim silicijskim pećima, C/C kompozitni materijali se ponekad koriste, a sada se koriste za proizvodnju vijaka, matica, lonaca, nosivih ploča i drugih komponenti.Ugljik/ugljik (c/c) kompozitni materijali su kompozitni materijali na bazi ugljika ojačani ugljičnim vlaknima.Imaju visoku specifičnu čvrstoću, visok specifični modul, nizak koeficijent toplinske ekspanzije, dobru električnu vodljivost, veliku žilavost loma, nisku specifičnu težinu, otpornost na toplinske udare, otpornost na koroziju. Imaju niz izvrsnih svojstava kao što je otpornost na visoke temperature i trenutno su široko rasprostranjeni koristi se u zrakoplovstvu, utrkama, biomaterijalima i drugim područjima kao nova vrsta strukturnog materijala otpornog na visoke temperature.Trenutno, glavno usko grlo s kojim se susreću domaći C/C kompozitni materijali su troškovi i pitanja industrijalizacije.
Postoje mnogi drugi materijali koji se koriste za stvaranje toplinskih polja.Grafit ojačan ugljičnim vlaknima ima bolja mehanička svojstva;međutim, skuplji je i nameće druge zahtjeve za dizajn.Silicijev karbid (SiC) je na mnogo načina bolji materijal od grafita, ali je puno skuplji i teže ga je proizvesti dijelove velikog volumena.Međutim, SiC se često koristi kao CVD premaz za produljenje životnog vijeka grafitnih dijelova izloženih agresivnom plinu silicijevog monoksida i također za smanjenje kontaminacije od grafita.Gusta CVD prevlaka od silicij-karbida učinkovito sprječava onečišćenja unutar mikroporoznog grafitnog materijala da dopru do površine.
Drugi je CVD ugljik, koji također može formirati gusti sloj na vrhu grafitnih dijelova.Drugi materijali otporni na visoke temperature, poput molibdena ili keramičkih materijala koji su kompatibilni s okolišem, mogu se koristiti tamo gdje ne postoji opasnost od kontaminacije taline.Međutim, oksidna keramika ima ograničenu prikladnost za izravan kontakt s grafitnim materijalima pri visokim temperaturama, često ostavljajući nekoliko alternativa ako je potrebna izolacija.Jedan je heksagonalni bor nitrid (ponekad zvan bijeli grafit zbog sličnih svojstava), ali ima loša mehanička svojstva.Molibden je općenito razuman za primjenu pri visokim temperaturama zbog svoje umjerene cijene, niske difuzije u kristalima silicija i niskog koeficijenta segregacije, oko 5 × 108, što dopušta određenu kontaminaciju molibdenom prije uništavanja kristalne strukture.
dva.Materijali za toplinsku izolaciju polja
Najčešće korišteni izolacijski materijal je karbonski filc u raznim oblicima.Karbonski filc napravljen je od tankih vlakana koja djeluju kao toplinska izolacija jer višestruko blokiraju toplinsko zračenje na maloj udaljenosti.Mekani ugljični filc utkan je u relativno tanke listove materijala, koji se zatim režu u željeni oblik i čvrsto savijaju do razumnog radijusa.Stvrdnuti filc sastoji se od sličnih vlaknastih materijala, koristeći vezivo koje sadrži ugljik za povezivanje raspršenih vlakana u čvršći i elegantniji predmet.Korištenje kemijskog taloženja ugljika iz pare umjesto veziva može poboljšati mehanička svojstva materijala.
Obično je vanjska površina izolacijskog stvrdnutog pusta presvučena kontinuiranim grafitnim premazom ili folijom kako bi se smanjila erozija i trošenje, kao i onečišćenje česticama.Postoje i druge vrste izolacijskih materijala na bazi ugljika, poput ugljične pjene.Općenito, grafitizirani materijali imaju jasnu prednost jer grafitizacija uvelike smanjuje površinu vlakana.Ovi materijali s velikom površinom omogućuju mnogo manje ispuštanje plinova i potrebno je manje vremena da se peć dovede do odgovarajućeg vakuuma.Druga vrsta je C/C kompozitni materijal, koji ima izvanredne karakteristike kao što su mala težina, visoka tolerancija oštećenja i velika čvrstoća.Koristi se u toplinskim poljima za zamjenu grafitnih dijelova, što značajno smanjuje učestalost zamjene grafitnih dijelova i poboljšava kvalitetu monokristala i stabilnost proizvodnje.
Prema klasifikaciji sirovina, karbonski filc se može podijeliti na karbonski filc na bazi poliakrilonitrila, karbonski filc na bazi viskoze i karbonski filc na bazi asfalta.
Karbonski filc na bazi poliakrilonitrila ima veliki udio pepela, a monofilamenti postaju krti nakon obrade na visokoj temperaturi.Tijekom rada lako se stvara prašina koja zagađuje okolinu peći.Istodobno, vlakna lako ulaze u ljudske pore i dišne puteve, uzrokujući štetu ljudskom zdravlju;Ugljični filc na bazi viskoze Ima dobra svojstva toplinske izolacije, relativno je mekan nakon toplinske obrade i manje je vjerojatno da će stvarati prašinu.Međutim, poprečni presjek niti na bazi viskoze ima nepravilan oblik i postoji mnogo udubljenja na površini vlakana, koje je lako formirati u prisutnosti oksidirajuće atmosfere u Czochralski monokristalnoj silicijskoj peći.Plinovi poput CO2 uzrokuju taloženje kisika i ugljikovih elemenata u monokristalnim silicijskim materijalima.Glavni proizvođači su njemački SGL i druge tvrtke.Trenutačno se karbonski filc na bazi smole najčešće koristi u industriji monokristala poluvodiča, a njegova toplinska izolacijska izvedba bolja je od ljepljivog karbonskog filca.Ugljični filc na bazi gume je inferioran, ali ugljični filc na bazi asfalta ima veću čistoću i manju emisiju prašine.Među proizvođačima su japanski Kureha Chemical, Osaka Gas itd.
Budući da oblik karbonskog filca nije fiksan, nezgodno je rukovati njime.Sada su mnoge tvrtke razvile novi toplinski izolacijski materijal koji se temelji na ugljičnom filcu - osušeni ugljični filc.Stvrdnuti karbonski filc naziva se i tvrdi filc.To je karbonski filc koji ima određeni oblik i samoodrživost nakon što je impregniran smolom, laminiran, očvrsnut i karboniziran.
Na kvalitetu rasta monokristalnog silicija izravno utječe okolina toplinskog polja, a izolacijski materijali od karbonskih vlakana igraju ključnu ulogu u ovoj okolini.Mekani filc od toplinske izolacije od ugljičnih vlakana i dalje zauzima značajnu prednost u industriji fotonaponskih poluvodiča zbog svojih troškovnih prednosti, izvrsnog učinka toplinske izolacije, fleksibilnog dizajna i prilagodljivog oblika.Osim toga, čvrsti izolacijski filc od ugljičnih vlakana imat će više prostora za razvoj na tržištu materijala za toplinsko polje zbog svoje određene čvrstoće i bolje operativnosti.Posvećeni smo istraživanju i razvoju na području materijala za toplinsku izolaciju i kontinuirano optimiziramo performanse proizvoda kako bismo promicali prosperitet i razvoj industrije fotonaponskih poluvodiča.
Vrijeme objave: 15. svibnja 2024