Proces rastu monokryštálového kremíka sa úplne uskutočňuje v tepelnom poli.Dobré tepelné pole prispieva k zlepšeniu kvality kryštálov a má vysokú účinnosť kryštalizácie.Návrh tepelného poľa do značnej miery určuje zmeny a zmeny teplotných gradientov v dynamickom tepelnom poli.Prietok plynu v komore pece a rozdielnosť materiálov použitých v tepelnom poli priamo určujú životnosť tepelného poľa.Nerozumne navrhnuté tepelné pole nielenže sťažuje pestovanie kryštálov, ktoré spĺňajú požiadavky na kvalitu, ale pri určitých procesných požiadavkách tiež nemôžu pestovať úplné monokryštály.To je dôvod, prečo Czochralski priemysel monokryštalického kremíka považuje návrh tepelných polí za základnú technológiu a investuje obrovské pracovné sily a materiálne zdroje do výskumu a vývoja tepelných polí.
Tepelný systém sa skladá z rôznych materiálov tepelného poľa.Len v krátkosti si predstavíme materiály používané v tepelnej oblasti.Čo sa týka rozloženia teploty v tepelnom poli a jej vplyvu na ťahanie kryštálov, nebudeme to tu analyzovať.Materiál tepelného poľa sa týka vákuovej pece na rast kryštálov.Štrukturálne a tepelne izolované časti komory, ktoré sú nevyhnutné na vytvorenie správnej teplotnej tkaniny okolo taveniny polovodičov a kryštálov.
jeden.konštrukčné materiály tepelného poľa
Základným nosným materiálom pre pestovanie monokryštálového kremíka Czochralského metódou je vysoko čistý grafit.Grafitové materiály zohrávajú v modernom priemysle veľmi dôležitú úlohu.Pri príprave monokryštálového kremíka Czochralského metódou sa môžu použiť ako konštrukčné prvky tepelného poľa, ako sú ohrievače, vodiace rúrky, tégliky, izolačné rúrky a misky na tégliky.
Grafitový materiál bol vybraný kvôli jeho ľahkej príprave vo veľkých objemoch, spracovateľnosti a odolnosti voči vysokej teplote.Uhlík vo forme diamantu alebo grafitu má vyššiu teplotu topenia ako ktorýkoľvek prvok alebo zlúčenina.Grafitový materiál je pomerne pevný, najmä pri vysokých teplotách, a jeho elektrická a tepelná vodivosť je tiež celkom dobrá.Jeho elektrická vodivosť ho robí vhodným ako materiál ohrievača a má uspokojivú tepelnú vodivosť, ktorá dokáže rovnomerne rozložiť teplo generované ohrievačom do téglika a iných častí tepelného poľa.Pri vysokých teplotách, najmä na veľké vzdialenosti, je však hlavným spôsobom prenosu tepla sálanie.
Grafitové diely vznikajú spočiatku extrúziou alebo izostatickým lisovaním jemných uhlíkatých častíc zmiešaných so spojivom.Vysokokvalitné grafitové diely sú zvyčajne lisované izostaticky.Celý kus je najskôr karbonizovaný a potom grafitizovaný pri veľmi vysokých teplotách, takmer 3000 °C.Časti vyrobené z týchto monolitov sa často čistia v atmosfére obsahujúcej chlór pri vysokých teplotách, aby sa odstránila kovová kontaminácia, aby sa splnili požiadavky polovodičového priemyslu.Avšak aj pri správnom čistení sú úrovne kontaminácie kovom rádovo vyššie, ako dovoľujú kremíkové monokryštálové materiály.Preto je potrebné venovať pozornosť návrhu tepelného poľa, aby sa zabránilo vniknutiu kontaminácie týchto komponentov na povrch taveniny alebo kryštálu.
Grafitový materiál je mierne priepustný, čo umožňuje, aby sa zvyšný kov vo vnútri ľahko dostal na povrch.Okrem toho oxid kremičitý prítomný v čistiacom plyne okolo povrchu grafitu môže preniknúť hlboko do väčšiny materiálov a reagovať.
Skoré monokryštálové kremíkové pece boli vyrobené zo žiaruvzdorných kovov, ako je volfrám a molybdén.Ako technológia spracovania grafitu dozrieva, elektrické vlastnosti spojení medzi grafitovými komponentmi sa stávajú stabilnými a ohrievače pece s monokryštálom kremíka úplne nahradili ohrievače volfrámu a molybdénu a iných materiálov.Najpoužívanejším grafitovým materiálom v súčasnosti je izostatický grafit.semicera môže poskytnúť vysoko kvalitné izostaticky lisované grafitové materiály.
V Czochralského monokryštálových kremíkových peciach sa niekedy používajú C/C kompozitné materiály a teraz sa používajú na výrobu skrutiek, matíc, téglikov, nosných dosiek a iných komponentov.Kompozitné materiály uhlík/uhlík (c/c) sú kompozitné materiály na báze uhlíka vystužené uhlíkovými vláknami.Majú vysokú špecifickú pevnosť, vysoký špecifický modul, nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, dobrú elektrickú vodivosť, veľkú lomovú húževnatosť, nízku špecifickú hmotnosť, odolnosť proti tepelným šokom, odolnosť proti korózii, Má rad vynikajúcich vlastností, ako je odolnosť voči vysokej teplote a v súčasnosti je široko používaný. používa sa v letectve, pretekoch, biomateriáloch a iných oblastiach ako nový typ konštrukčného materiálu odolného voči vysokej teplote.V súčasnosti je hlavnou prekážkou, s ktorou sa stretávajú domáce C/C kompozitné materiály, náklady a problémy industrializácie.
Existuje mnoho ďalších materiálov používaných na vytváranie tepelných polí.Grafit vystužený uhlíkovými vláknami má lepšie mechanické vlastnosti;je však drahší a kladie si iné konštrukčné požiadavky.Karbid kremíka (SiC) je v mnohých ohľadoch lepším materiálom ako grafit, ale je oveľa drahší a náročnejší na výrobu veľkoobjemových dielov.SiC sa však často používa ako povlak CVD na zvýšenie životnosti grafitových častí vystavených agresívnemu oxidu kremičitému a tiež na zníženie kontaminácie grafitom.Hustý povlak z karbidu kremíka CVD účinne zabraňuje kontaminantom vo vnútri mikroporézneho grafitového materiálu dostať sa na povrch.
Druhým je CVD uhlík, ktorý môže tiež vytvoriť hustú vrstvu na grafitových častiach.Iné materiály odolné voči vysokým teplotám, ako molybdén alebo keramické materiály, ktoré sú kompatibilné s prostredím, sa môžu použiť tam, kde nehrozí kontaminácia taveniny.Oxidová keramika má však obmedzenú vhodnosť na priamy kontakt s grafitovými materiálmi pri vysokých teplotách a často ponecháva len málo alternatív, ak je potrebná izolácia.Jedným z nich je hexagonálny nitrid bóru (niekedy nazývaný biely grafit kvôli podobným vlastnostiam), ale má zlé mechanické vlastnosti.Molybdén je vo všeobecnosti vhodný pre vysokoteplotné aplikácie kvôli jeho miernym nákladom, nízkej difúzii v kremíkových kryštáloch a nízkemu segregačnému koeficientu, približne 5 × 108, čo umožňuje určitú kontamináciu molybdénom pred zničením kryštálovej štruktúry.
dva.Tepelné izolačné materiály
Najčastejšie používaným izolačným materiálom je uhlíková plsť v rôznych formách.Uhlíková plsť je vyrobená z tenkých vlákien, ktoré pôsobia ako tepelná izolácia, pretože mnohokrát blokujú tepelné žiarenie na krátku vzdialenosť.Mäkká uhlíková plsť je tkaná do relatívne tenkých plátkov materiálu, ktoré sú potom narezané do požadovaného tvaru a pevne ohnuté na primeraný polomer.Vytvrdená plsť sa skladá z podobných vláknitých materiálov s použitím spojiva obsahujúceho uhlík na spojenie rozptýlených vlákien do pevnejšieho a štýlovejšieho predmetu.Použitie chemického naparovania uhlíka namiesto spojív môže zlepšiť mechanické vlastnosti materiálu.
Vonkajší povrch izolačne vytvrdenej plsti je zvyčajne potiahnutý súvislým grafitovým povlakom alebo fóliou na zníženie erózie a opotrebovania, ako aj kontaminácie časticami.Existujú aj iné typy izolačných materiálov na báze uhlíka, ako je uhlíková pena.Vo všeobecnosti sú grafitizované materiály jednoznačne preferované, pretože grafitizácia značne znižuje povrchovú plochu vlákna.Tieto materiály s veľkým povrchom umožňujú oveľa menšie odplyňovanie a trvá menej času, kým sa pec dostane do správneho vákua.Ďalším typom je C/C kompozitný materiál, ktorý má vynikajúce vlastnosti, ako je nízka hmotnosť, vysoká odolnosť proti poškodeniu a vysoká pevnosť.Používa sa v tepelných poliach na nahradenie grafitových dielov, čo výrazne znižuje frekvenciu výmeny grafitových dielov a zlepšuje kvalitu monokryštálov a stabilitu výroby.
Podľa klasifikácie surovín možno uhlíkovú plsť rozdeliť na uhlíkovú plsť na báze polyakrylonitrilu, uhlíkovú plsť na báze viskózy a uhlíkovú plsť na báze asfaltu.
Uhlíková plsť na báze polyakrylonitrilu má vysoký obsah popola a monofily po vysokoteplotnom spracovaní krehnú.Počas prevádzky sa ľahko vytvára prach, ktorý znečisťuje prostredie pece.Vlákna zároveň ľahko vstupujú do ľudských pórov a dýchacích ciest, čím poškodzujú ľudské zdravie;Uhlíková plsť na báze viskózy Má dobré tepelnoizolačné vlastnosti, po tepelnom spracovaní je relatívne mäkká a je menej náchylná na tvorbu prachu.Avšak prierez prameňov na báze viskózy má nepravidelný tvar a na povrchu vlákna je veľa rýh, ktoré sa ľahko vytvárajú v prítomnosti oxidačnej atmosféry v Czochralského monokryštálovej kremíkovej peci.Plyny ako CO2 spôsobujú zrážanie kyslíkových a uhlíkových prvkov v monokryštálových kremíkových materiáloch.Medzi hlavných výrobcov patrí nemecká SGL a ďalšie spoločnosti.V súčasnosti je uhlíková plsť na báze smoly najpoužívanejšia v priemysle polovodičových monokryštálov a jej tepelná izolácia je lepšia ako u lepkavej uhlíkovej plsti.Uhlíková plsť na báze gumy je horšia, ale uhlíková plsť na báze asfaltu má vyššiu čistotu a nižšie emisie prachu.Medzi výrobcov patrí japonský Kureha Chemical, Osaka Gas atď.
Keďže tvar karbónovej plsti nie je fixný, je nepohodlná obsluha.Teraz mnoho spoločností vyvinulo nový tepelnoizolačný materiál na báze uhlíkovej plsti - vytvrdená uhlíková plsť.Vytvrdená uhlíková plsť sa tiež nazýva tvrdá plsť.Ide o uhlíkovú plsť, ktorá má po impregnácii živicou, laminovaní, stuhnutí a karbonizácii určitý tvar a samoudržateľnosť.
Kvalita rastu monokryštálového kremíka je priamo ovplyvnená prostredím tepelného poľa a izolačné materiály z uhlíkových vlákien hrajú v tomto prostredí kľúčovú úlohu.Tepelnoizolačná mäkká plsť z uhlíkových vlákien stále zaujíma významnú výhodu vo fotovoltaickom polovodičovom priemysle vďaka svojim cenovým výhodám, vynikajúcemu tepelnoizolačnému účinku, flexibilnému dizajnu a prispôsobiteľnému tvaru.Okrem toho tuhá izolačná plsť z uhlíkových vlákien bude mať väčší priestor pre rozvoj na trhu s materiálmi pre tepelné pole, pretože má určitú pevnosť a vyššiu prevádzkyschopnosť.Zaviazali sme sa k výskumu a vývoju v oblasti tepelnoizolačných materiálov a neustále optimalizujeme výkonnosť produktov, aby sme podporili prosperitu a rozvoj priemyslu fotovoltaických polovodičov.
Čas odoslania: 15. mája 2024