Proces rasta monokristalnog silicijuma u potpunosti se odvija u termičkom polju. Dobro termalno polje je pogodno za poboljšanje kvaliteta kristala i ima visoku efikasnost kristalizacije. Dizajn termičkog polja u velikoj mjeri određuje promjene i promjene temperaturnih gradijenata u dinamičkom toplinskom polju. Protok plina u komori peći i razlika u materijalima koji se koriste u termičkom polju direktno određuju vijek trajanja toplinskog polja. Nerazumno dizajnirano termalno polje ne samo da otežava uzgoj kristala koji zadovoljavaju zahtjeve kvaliteta, već također ne može uzgajati potpune monokristale pod određenim zahtjevima procesa. Zbog toga industrija monokristalnog silicijuma Czochralskog smatra dizajn termičkih polja osnovnu tehnologiju i ulaže ogromnu radnu snagu i materijalne resurse u istraživanje i razvoj termičkih polja.
Termalni sistem se sastoji od različitih materijala termičkog polja. Samo ćemo ukratko predstaviti materijale koji se koriste u termalnom polju. Što se tiče raspodjele temperature u termičkom polju i njenog utjecaja na povlačenje kristala, ovdje je nećemo analizirati. Materijal termičkog polja odnosi se na vakuumsku peć za rast kristala. Strukturni i termički izolirani dijelovi komore, koji su neophodni za stvaranje odgovarajuće temperaturne tkanine oko taline i kristala poluvodiča.
jedan. konstrukcijski materijali termičkog polja
Osnovni potporni materijal za uzgoj monokristalnog silicija metodom Czochralskog je grafit visoke čistoće. Grafitni materijali igraju veoma važnu ulogu u savremenoj industriji. U pripremi monokristalnog silicijuma metodom Czochralskog, mogu se koristiti kao strukturne komponente termičkog polja kao što su grijači, vodeće cijevi, lončići, izolacijske cijevi i posude za lončiće.
Grafitni materijal je odabran zbog njegove lakoće pripreme u velikim količinama, mogućnosti obrade i otpornosti na visoke temperature. Ugljik u obliku dijamanta ili grafita ima višu tačku topljenja od bilo kojeg elementa ili spoja. Grafitni materijal je prilično jak, posebno na visokim temperaturama, a njegova električna i toplinska provodljivost je također prilično dobra. Njegova električna provodljivost čini ga pogodnim kao materijal za grijanje, a ima i zadovoljavajuću toplinsku provodljivost koja može ravnomjerno raspodijeliti toplinu koju stvara grijač na lončić i druge dijelove toplinskog polja. Međutim, pri visokim temperaturama, posebno na velikim udaljenostima, glavni način prijenosa topline je zračenje.
Grafitni dijelovi se u početku formiraju ekstruzijom ili izostatičkim presovanjem finih ugljičnih čestica pomiješanih s vezivom. Visokokvalitetni grafitni dijelovi se obično izostatički prešu. Cijeli komad se prvo karbonizira, a zatim grafitizira na vrlo visokim temperaturama, blizu 3000°C. Dijelovi izrađeni od ovih monolita često se pročišćavaju u atmosferi koja sadrži hlor na visokim temperaturama kako bi se uklonila metalna kontaminacija kako bi se ispunili zahtjevi industrije poluvodiča. Međutim, čak i uz pravilno pročišćavanje, nivoi kontaminacije metalom su redovi veličine veći od onih koje dozvoljavaju silicijumski monokristalni materijali. Stoga se mora voditi računa o dizajnu termičkog polja kako bi se spriječilo da kontaminacija ovih komponenti uđe na površinu rastaline ili kristala.
Grafitni materijal je blago propustljiv, što omogućava preostalom metalu da lako dođe do površine. Osim toga, silicijum monoksid prisutan u plinu za pročišćavanje oko površine grafita može prodrijeti duboko u većinu materijala i reagirati.
Rani monokristalni silicijumski grijači za peći bili su napravljeni 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 od monokristalnog silikona u potpunosti su zamijenili grijače od volframa i molibdena i drugih materijala. Najrasprostranjeniji grafitni materijal trenutno je izostatski grafit. semicera može pružiti visokokvalitetne izostatički presovane grafitne materijale.
U pećima od monokristalnog silikona Czochralski, 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 karbonskim vlaknima. Imaju visoku specifičnu čvrstoću, visok specifični modul, nizak koeficijent termičke ekspanzije, dobru električnu provodljivost, veliku žilavost loma, nisku specifičnu težinu, otpornost na termički udar, otpornost na koroziju, ima niz odličnih svojstava kao što je otpornost na visoke temperature i trenutno je široko rasprostranjena. koristi se u vazduhoplovstvu, trkama, biomaterijalima i drugim poljima kao nova vrsta konstrukcijskog 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 toplotnih polja. Grafit ojačan karbonskim vlaknima ima bolja mehanička svojstva; međutim, skuplji je i nameće druge zahtjeve za dizajn. Silicijum karbid (SiC) je na mnogo načina bolji materijal od grafita, ali je mnogo skuplji i težak za proizvodnju delova velike zapremine. Međutim, SiC se često koristi kao CVD premaz za produženje vijeka trajanja grafitnih dijelova izloženih agresivnom plinu silicijum monoksida i za smanjenje kontaminacije od grafita. Gusti CVD premaz od silicijum karbida efikasno sprečava da zagađivači unutar mikroporoznog grafitnog materijala dođu do površine.
Drugi je CVD ugljenik, koji takođe može formirati gust sloj na vrhu grafitnih delova. Ostali materijali otporni na visoke temperature, kao što su molibden ili keramički materijali koji su kompatibilni s okolinom, mogu se koristiti tamo gdje ne postoji rizik od kontaminacije taline. Međutim, oksidna keramika ima ograničenu pogodnost za direktan kontakt s grafitnim materijalima na visokim temperaturama, često ostavljajući malo alternativa ako je potrebna izolacija. Jedan je heksagonalni bor nitrid (ponekad se naziva bijeli grafit zbog sličnih svojstava), ali ima loša mehanička svojstva. Molibden je općenito razuman za primjenu na visokim temperaturama zbog svoje umjerene cijene, niske difuzije u kristalima silicija i niskog koeficijenta segregacije, oko 5 × 108, koji dozvoljava kontaminaciju molibdenom prije nego što uništi kristalnu strukturu.
dva. Materijali za izolaciju toplotnog polja
Najčešće korišteni izolacijski materijal je karbonski filc u različitim oblicima. Karbonski filc je napravljen od tankih vlakana koja djeluju kao toplinska izolacija jer blokiraju toplinsko zračenje mnogo puta na kratkoj udaljenosti. Mekani karbonski filc je utkan u relativno tanke listove materijala, koji se zatim režu u željeni oblik i čvrsto savijaju do razumnog radijusa. Osušeni filc se sastoji od sličnih vlaknastih materijala, koristeći vezivo koje sadrži ugljik za povezivanje raspršenih vlakana u čvrsti i elegantniji predmet. Upotreba hemijskog taloženja ugljika iz pare umjesto veziva može poboljšati mehanička svojstva materijala.
Obično je vanjska površina izolacijsko očvrslog filca presvučena kontinuiranim grafitnim premazom ili folijom kako bi se smanjila erozija i habanje, kao i kontaminacija česticama. Postoje i druge vrste izolacijskih materijala na bazi ugljika, kao što je karbonska pjena. Općenito, grafitizirani materijali su očigledno poželjniji jer grafitizacija uvelike smanjuje površinu vlakana. Ovi materijali velike površine omogućavaju mnogo manje ispuštanja plina i potrebno je manje vremena da se peć dovuče do odgovarajućeg vakuuma. Drugi tip je C/C kompozitni materijal, koji ima izvanredne karakteristike kao što su mala težina, visoka tolerancija oštećenja i visoka čvrstoća. Koristi se u termalnim 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, ugljični filc na bazi viskoze i karbonski filc na bazi asfalta.
Ugljični filc na bazi poliakrilonitrila ima veliki sadržaj pepela, a monofilamenti postaju krhki nakon tretmana na visokim temperaturama. Tokom rada, prašina se lako stvara i zagađuje okolinu peći. U isto vrijeme, vlakna lako ulaze u ljudske pore i respiratorne puteve, uzrokujući štetu ljudskom zdravlju; ugljični filc na bazi viskoze. Ima dobra svojstva toplinske izolacije, relativno je mekan nakon termičke obrade i manje je vjerovatno da će proizvoditi prašinu. Međutim, poprečni presjek niti na bazi viskoze ima nepravilan oblik i na površini vlakana ima mnogo jaruga, koje je lako formirati u prisutnosti oksidirajuće atmosfere u Czochralski monokristalnoj silicijumskoj peći. Plinovi kao što je CO2 uzrokuju taloženje kisika i ugljičnih elemenata u monokristalnim silicijumskim materijalima. Glavni proizvođači su njemački SGL i druge kompanije. Trenutno je ugljični filc na bazi smole najrasprostranjeniji u industriji poluvodičkih monokristala, a njegov učinak toplinske izolacije je bolji od ljepljivog ugljičnog filca. Ugljični filc na bazi gume je inferioran, ali karbonski filc na bazi asfalta ima veću čistoću i nižu emisiju prašine. Proizvođači uključuju japansku Kureha Chemical, Osaka Gas, itd.
Budući da oblik karbonskog filca nije fiksiran, nezgodan je za rukovanje. Sada su mnoge kompanije razvile novi termoizolacioni materijal baziran na karbonskom filcu - osušeni karbonski 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, skrućivan i karboniziran.
Na kvalitet rasta monokristalnog silicijuma direktno utiče okruženje toplotnog polja, a izolacioni materijali od ugljeničnih vlakana igraju ključnu ulogu u ovom okruženju. Toplotna izolacija od mekog filca od karbonskih vlakana i dalje zauzima značajnu prednost u industriji fotonaponskih poluvodiča zbog svojih prednosti u pogledu troškova, odličnog efekta toplotne izolacije, fleksibilnog dizajna i prilagodljivog oblika. Osim toga, čvrsti izolacijski filc od karbonskih vlakana imat će veći prostor za razvoj na tržištu materijala za toplinsko polje zbog svoje određene čvrstoće i veće operativnosti. Posvećeni smo istraživanju i razvoju u oblasti termoizolacionih materijala i kontinuirano optimizujemo performanse proizvoda kako bismo promovisali prosperitet i razvoj industrije fotonaponskih poluprovodnika.
Vrijeme objave: 15.05.2024