Az egykristályos szilícium növekedési folyamata teljes mértékben a termikus mezőben történik. A jó hőtér elősegíti a kristályminőség javítását, és magas a kristályosítási hatékonysága. A termikus tér kialakítása nagymértékben meghatározza a dinamikus hőtér hőmérsékleti gradienseinek változásait és változásait. A kemencekamrában lévő gázáramlás és a hőtérben felhasznált anyagok különbsége közvetlenül meghatározza a hőtér élettartamát. Az indokolatlanul megtervezett termikus tér nemcsak megnehezíti a minőségi követelményeknek megfelelő kristályok termesztését, de bizonyos eljárási követelmények mellett sem képes teljes egykristályok termesztésére. Ez az oka annak, hogy a Czochralski monokristályos szilícium ipar a hőmező tervezését tekinti alapvető technológiának, és hatalmas munkaerőt és anyagi erőforrásokat fektet be a termikus mező kutatásába és fejlesztésébe.
A termikus rendszer különféle termikus mező anyagokból áll. Csak röviden mutatjuk be a termikus térben használt anyagokat. Ami a hőmező hőmérséklet-eloszlását és a kristályhúzásra gyakorolt hatását illeti, azt itt nem elemezzük. A termikus mező anyaga a kristálynövekedési vákuumkemencére utal. A kamra szerkezeti és hőszigetelt részei, amelyek elengedhetetlenek a megfelelő hőmérsékletű szövet kialakításához a félvezető olvadék és kristályok körül.
egy. hőmező szerkezeti anyagok
Az egykristályos szilícium Czochralski módszerrel történő termesztésének alapvető hordozóanyaga a nagy tisztaságú grafit. A grafit anyagok nagyon fontos szerepet játszanak a modern iparban. Az egykristályos szilícium Czochralski-módszerrel történő előállítása során termikus térszerkezeti komponensként használhatók, mint például fűtőtestek, vezetőcsövek, tégelyek, szigetelőcsövek és tégelytálcák.
A grafitanyagot a nagy mennyiségben történő könnyű elkészíthetőség, a feldolgozhatóság és a magas hőmérséklet-állósági tulajdonságok miatt választották. A gyémánt vagy grafit formájú szén magasabb olvadásponttal rendelkezik, mint bármely elem vagy vegyület. A grafit anyag meglehetősen erős, különösen magas hőmérsékleten, és az elektromos és hővezető képessége is elég jó. Elektromos vezetőképessége alkalmassá teszi fűtőanyagként, és kielégítő hővezető képességgel rendelkezik, amely egyenletesen tudja elosztani a fűtőtest által termelt hőt a tégelyben és a hőtér egyéb részein. Magas hőmérsékleten azonban, különösen nagy távolságokon, a hőátadás fő módja a sugárzás.
A grafitrészeket kezdetben kötőanyaggal kevert finom széntartalmú részecskék extrudálásával vagy izosztatikus sajtolásával állítják elő. A jó minőségű grafit alkatrészeket általában izosztatikusan préselik. Az egész darabot először elszenesítik, majd nagyon magas hőmérsékleten, közel 3000°C-on grafitizálják. Az ezekből a monolitokból megmunkált alkatrészeket gyakran klórtartalmú atmoszférában, magas hőmérsékleten tisztítják a fémszennyeződés eltávolítása érdekében, hogy megfeleljenek a félvezetőipar követelményeinek. Azonban még megfelelő tisztítás mellett is a fémszennyeződés mértéke nagyságrendekkel magasabb a szilícium egykristályos anyagoknál megengedettnél. Ezért a termikus tér kialakításánál ügyelni kell arra, hogy ezek az alkatrészek ne szennyeződjenek az olvadék vagy a kristály felületére.
A grafit anyaga enyhén áteresztő, ami lehetővé teszi, hogy a benne maradt fém könnyen elérje a felületet. Ezenkívül a grafitfelület körüli öblítőgázban jelen lévő szilícium-monoxid mélyen behatol a legtöbb anyagba, és reagálhat.
A korai egykristályos szilícium kemencefűtők tűzálló fémekből, például volfrámból és molibdénből készültek. A grafitfeldolgozási technológia kifejlődésével a grafitkomponensek közötti kapcsolatok elektromos tulajdonságai stabilizálódnak, és az egykristályos szilícium kemencefűtők teljesen felváltották a volfrám- és molibdén- és más anyagfűtőket. A jelenleg legszélesebb körben használt grafitanyag az izosztatikus grafit. A semicera kiváló minőségű izosztatikusan préselt grafit anyagokat tud biztosítani.
A Czochralski egykristályos szilícium kemencékben időnként C/C kompozit anyagokat használnak, és ma már csavarok, anyák, tégelyek, teherhordó lemezek és egyéb alkatrészek gyártására használják. A szén/szén (c/c) kompozit anyagok szénszál-erősítésű, szénalapú kompozit anyagok. Nagy fajlagos szilárdsággal, nagy fajlagos modulussal, alacsony hőtágulási együtthatóval, jó elektromos vezetőképességgel, nagy törési szilárdsággal, alacsony fajsúlyúak, hősokkállósággal, korrózióállósággal rendelkeznek, számos kiváló tulajdonsággal rendelkeznek, például magas hőmérsékleti ellenállással és jelenleg széles körben repülésben, versenyautókban, bioanyagokban és más területeken új típusú, magas hőmérsékletnek ellenálló szerkezeti anyagként használják. Jelenleg a hazai C/C kompozit anyagok fő szűk keresztmetszete a költségek és az iparosítás kérdése.
Sok más anyagot is használnak termikus mezők létrehozására. A szénszál-erősítésű grafit jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik; azonban drágább, és más tervezési követelményeket támaszt. A szilícium-karbid (SiC) sok tekintetben jobb anyag, mint a grafit, de jóval drágább és bonyolultabb a nagy volumenű alkatrészek gyártása. A szilícium-karbidot azonban gyakran használják CVD-bevonatként az agresszív szilícium-monoxid gáznak kitett grafit alkatrészek élettartamának növelésére, valamint a grafitból származó szennyeződés csökkentésére. A sűrű CVD szilícium-karbid bevonat hatékonyan megakadályozza, hogy a mikroporózus grafitanyag belsejében lévő szennyeződések a felületre kerüljenek.
A másik a CVD szén, amely a grafit részek tetején is sűrű réteget képezhet. Más, magas hőmérsékletnek ellenálló anyagok, például molibdén vagy kerámia anyagok, amelyek kompatibilisek a környezettel, használhatók ott, ahol nem áll fenn az olvadék szennyeződésének veszélye. Az oxidkerámiák azonban csak korlátozottan alkalmasak a grafitanyagokkal való közvetlen érintkezésre magas hőmérsékleten, így gyakran kevés alternatíva marad, ha szigetelésre van szükség. Az egyik a hatszögletű bór-nitrid (hasonló tulajdonságai miatt néha fehér grafitnak is nevezik), de gyenge mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A molibdén általában ésszerű magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz mérsékelt költsége, alacsony diffúzivitása a szilíciumkristályokban és alacsony szegregációs együtthatója (körülbelül 5 × 108), ami lehetővé teszi a molibdén szennyeződését a kristályszerkezet tönkretétele előtt.
két. Hőszigetelő anyagok
A leggyakrabban használt szigetelőanyag a szénfilc, különféle formákban. A karbon filc vékony szálakból készül, amelyek hőszigetelő szerepet töltenek be, mivel rövid távolságon sokszor blokkolják a hősugárzást. A puha szénfilcet viszonylag vékony anyaglapokká fonják, amelyeket azután a kívánt formára vágnak, és megfelelő sugárra szorosan meghajlítják. A kikeményedett filc hasonló rostanyagokból áll, széntartalmú kötőanyagot használva, hogy a szétszórt szálakat szilárdabb és stílusosabb tárggyá köti össze. A szén kémiai gőzleválasztása kötőanyagok helyett javíthatja az anyag mechanikai tulajdonságait.
Jellemzően a szigetelő kikeményedett filc külső felületét folyamatos grafitbevonattal vagy fóliával vonják be az erózió és a kopás, valamint a szemcsés szennyeződés csökkentése érdekében. Más típusú szénalapú szigetelőanyagok is léteznek, például szénhab. Általában egyértelműen előnyben részesítik a grafitizált anyagokat, mivel a grafitozás nagymértékben csökkenti a szál felületét. Ezek a nagy felületű anyagok sokkal kevesebb gázkibocsátást tesznek lehetővé, és kevesebb időbe telik a kemence megfelelő vákuumra hozása. A másik típus a C/C kompozit anyag, amely olyan kiemelkedő tulajdonságokkal rendelkezik, mint a könnyű súly, a nagy sérüléstűrés és a nagy szilárdság. Termikus mezőkben grafit alkatrészek cseréjére használják, ami jelentősen csökkenti a grafit alkatrészek cseréjének gyakoriságát és javítja az egykristály minőségét és a gyártás stabilitását.
Az alapanyagok besorolása szerint a szénfilc poliakrilnitril alapú karbonfilcre, viszkóz alapú szénfilcre és aszfalt alapú szénfilcre osztható.
A poliakrilnitril alapú szénfilc nagy hamutartalmú, a monofil szálak a magas hőmérsékletű kezelés után törékennyé válnak. Működés közben könnyen keletkezik por, ami szennyezi a kemence környezetét. Ugyanakkor a szálak könnyen bejutnak az emberi pórusokba és a légutakba, károsítva az emberi egészséget; viszkóz alapú szénfilc Jó hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkezik, hőkezelés után viszonylag puha, kevésbé porzik. A viszkóz alapú szálak keresztmetszete azonban szabálytalan alakú, és a szálfelületen sok szakadék található, ami könnyen kialakítható oxidáló atmoszféra jelenlétében Czochralski egykristályos szilikonkemencében. Az olyan gázok, mint a CO2, oxigén- és szénelemek kiválását idézik elő az egykristályos szilícium anyagokban. A fő gyártók közé tartozik a német SGL és más cégek. Jelenleg a szurokalapú szénfilc a legszélesebb körben használt félvezető egykristály iparban, és hőszigetelési teljesítménye jobb, mint a ragadós szénfilcé. A gumialapú szénfilc gyengébb minőségű, de az aszfalt alapú szénfilcnek nagyobb a tisztasága és kisebb a porkibocsátása. A gyártók közé tartozik a japán Kureha Chemical, az Osaka Gas stb.
Mivel a karbon filc alakja nem rögzített, kényelmetlen a kezelése. Most sok cég kifejlesztett egy új, szénfilc alapú hőszigetelő anyagot – keményített szénfilcet. A kikeményedett szénfilcet kemény filcnek is nevezik. Ez egy karbon filc, aminek van egy bizonyos formája és önfenntartó képessége gyantával impregnálva, laminálva, megszilárdítva és elszenesítve.
Az egykristályos szilícium növekedési minőségét közvetlenül befolyásolja a termikus mező környezet, és ebben a környezetben kulcsszerepet játszanak a szénszálas szigetelőanyagok. A szénszálas hőszigetelő lágy filc költségelőnyeinek, kiváló hőszigetelő hatásának, rugalmas kialakításának és testreszabható formájának köszönhetően továbbra is jelentős előnyt élvez a fotovoltaikus félvezető iparban. Ezen túlmenően a szénszálas merev szigetelőfilcnek nagyobb fejlődési lehetősége lesz a hőmező anyagok piacán bizonyos szilárdsága és jobb használhatósága miatt. Elkötelezettek vagyunk a hőszigetelő anyagok területén végzett kutatás és fejlesztés mellett, és folyamatosan optimalizáljuk termékeink teljesítményét, hogy elősegítsük a fotovoltaikus félvezetőipar virágzását és fejlődését.
Feladás időpontja: 2024. május 15