Proses pertumbuhan silikon kristal tunggal sepenuhnya dijalankan dalam medan haba. Medan haba yang baik adalah kondusif untuk meningkatkan kualiti kristal dan mempunyai kecekapan penghabluran yang tinggi. Reka bentuk medan haba sebahagian besarnya menentukan perubahan dan perubahan dalam kecerunan suhu dalam medan haba dinamik. Aliran gas dalam ruang relau dan perbezaan bahan yang digunakan dalam medan haba secara langsung menentukan hayat perkhidmatan medan haba. Medan haba yang direka bentuk secara tidak munasabah bukan sahaja menyukarkan untuk mengembangkan kristal yang memenuhi keperluan kualiti, tetapi juga tidak dapat mengembangkan kristal tunggal yang lengkap di bawah keperluan proses tertentu. Inilah sebabnya mengapa industri silikon monohabluran Czochralski menganggap reka bentuk medan haba sebagai teknologi teras dan melaburkan tenaga kerja dan sumber bahan yang besar dalam penyelidikan dan pembangunan medan haba.
Sistem terma terdiri daripada pelbagai bahan medan haba. Kami hanya akan memperkenalkan secara ringkas bahan yang digunakan dalam medan haba. Bagi taburan suhu dalam medan haba dan kesannya terhadap tarikan kristal, kami tidak akan menganalisisnya di sini. Bahan medan haba merujuk kepada relau vakum pertumbuhan kristal. Bahagian struktur dan penebat haba ruang, yang penting untuk mencipta kain suhu yang sesuai di sekeliling cair dan kristal semikonduktor.
satu. bahan struktur medan haba
Bahan sokongan asas untuk mengembangkan silikon kristal tunggal dengan kaedah Czochralski ialah grafit ketulenan tinggi. Bahan grafit memainkan peranan yang sangat penting dalam industri moden. Dalam penyediaan silikon kristal tunggal dengan kaedah Czochralski, ia boleh digunakan sebagai komponen struktur medan haba seperti pemanas, tiub panduan, pijar, tiub penebat, dan dulang pijar.
Bahan grafit dipilih kerana kemudahan penyediaannya dalam jumlah yang besar, kebolehprosesan dan sifat rintangan suhu tinggi. Karbon dalam bentuk berlian atau grafit mempunyai takat lebur yang lebih tinggi daripada sebarang unsur atau sebatian. Bahan grafit agak kuat, terutamanya pada suhu tinggi, dan kekonduksian elektrik dan habanya juga agak baik. Kekonduksian elektriknya menjadikannya sesuai sebagai bahan pemanas, dan ia mempunyai kekonduksian terma yang memuaskan yang boleh mengagihkan haba yang dihasilkan oleh pemanas secara sama rata ke mangkuk pijar dan bahagian lain medan haba. Walau bagaimanapun, pada suhu yang tinggi, terutamanya dalam jarak yang jauh, cara utama pemindahan haba ialah sinaran.
Bahagian grafit pada mulanya terbentuk melalui penyemperitan atau penekanan isostatik zarah karbon halus bercampur dengan pengikat. Bahagian grafit berkualiti tinggi biasanya ditekan secara isostatik. Seluruh bahagian dikarbonkan dahulu dan kemudian digrafikkan pada suhu yang sangat tinggi, hampir 3000°C. Bahagian yang dimesin daripada monolit ini sering ditulenkan dalam suasana yang mengandungi klorin pada suhu tinggi untuk menghilangkan pencemaran logam untuk mematuhi keperluan industri semikonduktor. Walau bagaimanapun, walaupun dengan penulenan yang betul, tahap pencemaran logam adalah susunan magnitud yang lebih tinggi daripada yang dibenarkan oleh bahan kristal tunggal silikon. Oleh itu, penjagaan mesti diambil dalam reka bentuk medan haba untuk mengelakkan pencemaran komponen ini daripada memasuki permukaan cair atau kristal.
Bahan grafit sedikit telap, yang membolehkan baki logam di dalam mudah sampai ke permukaan. Di samping itu, silikon monoksida yang terdapat dalam gas pembersihan di sekeliling permukaan grafit boleh menembusi jauh ke dalam kebanyakan bahan dan bertindak balas.
Pemanas relau silikon kristal tunggal awal dibuat daripada logam refraktori seperti tungsten dan molibdenum. Apabila teknologi pemprosesan grafit matang, sifat elektrik sambungan antara komponen grafit menjadi stabil, dan pemanas relau silikon kristal tunggal telah menggantikan sepenuhnya tungsten dan molibdenum dan pemanas bahan lain. Bahan grafit yang paling banyak digunakan pada masa ini ialah grafit isostatik. semicera boleh menyediakan bahan grafit tekan isostatik berkualiti tinggi.
Dalam relau silikon kristal tunggal Czochralski, bahan komposit C/C kadangkala digunakan, dan kini digunakan untuk mengeluarkan bolt, nat, crucible, plat galas beban dan komponen lain. Bahan komposit karbon/karbon (c/c) ialah bahan komposit berasaskan karbon bertetulang gentian karbon. Mereka mempunyai kekuatan spesifik yang tinggi, modulus spesifik yang tinggi, pekali pengembangan haba yang rendah, kekonduksian elektrik yang baik, keliatan patah yang besar, graviti tentu yang rendah, rintangan kejutan haba, rintangan kakisan, Ia mempunyai satu siri sifat yang sangat baik seperti rintangan suhu tinggi dan pada masa ini secara meluas. digunakan dalam aeroangkasa, perlumbaan, biomaterial dan bidang lain sebagai jenis bahan struktur tahan suhu tinggi yang baharu. Pada masa ini, kesesakan utama yang dihadapi oleh bahan komposit C/C domestik ialah isu kos dan perindustrian.
Terdapat banyak bahan lain yang digunakan untuk mencipta medan terma. Grafit bertetulang gentian karbon mempunyai sifat mekanikal yang lebih baik; bagaimanapun, ia lebih mahal dan mengenakan keperluan reka bentuk lain. Silikon karbida (SiC) adalah bahan yang lebih baik daripada grafit dalam banyak cara, tetapi ia jauh lebih mahal dan sukar untuk membuat bahagian volum besar. Walau bagaimanapun, SiC sering digunakan sebagai salutan CVD untuk meningkatkan hayat bahagian grafit yang terdedah kepada gas silikon monoksida yang agresif dan juga untuk mengurangkan pencemaran daripada grafit. Salutan silikon karbida CVD padat dengan berkesan menghalang bahan cemar di dalam bahan grafit mikroliang daripada sampai ke permukaan.
Yang lain ialah karbon CVD, yang juga boleh membentuk lapisan padat di atas bahagian grafit. Bahan tahan suhu tinggi yang lain, seperti bahan molibdenum atau seramik yang serasi dengan alam sekitar, boleh digunakan jika tiada risiko pencemaran cair. Walau bagaimanapun, seramik oksida mempunyai kesesuaian terhad untuk sentuhan langsung dengan bahan grafit pada suhu tinggi, selalunya meninggalkan beberapa alternatif jika penebat diperlukan. Satu ialah boron nitrida heksagon (kadangkala dipanggil grafit putih kerana sifat yang serupa), tetapi ia mempunyai sifat mekanikal yang lemah. Molibdenum secara amnya munasabah untuk aplikasi suhu tinggi kerana kosnya yang sederhana, difusitiviti yang rendah dalam kristal silikon, dan pekali pengasingan yang rendah, kira-kira 5 × 108, yang membolehkan beberapa pencemaran molibdenum sebelum memusnahkan struktur kristal.
dua. Bahan penebat medan haba
Bahan penebat yang paling biasa digunakan ialah karbon felt dalam pelbagai bentuk. Terasa karbon diperbuat daripada gentian nipis yang bertindak sebagai penebat haba kerana ia menghalang sinaran haba berkali-kali dalam jarak yang dekat. Terasa karbon lembut ditenun menjadi kepingan bahan yang agak nipis, yang kemudiannya dipotong mengikut bentuk yang diingini dan dibengkokkan dengan ketat pada jejari yang munasabah. Terasa diawet terdiri daripada bahan gentian yang serupa, menggunakan pengikat yang mengandungi karbon untuk menyambungkan gentian yang tersebar menjadi objek yang lebih padu dan bergaya. Menggunakan pemendapan wap kimia karbon dan bukannya pengikat boleh meningkatkan sifat mekanikal bahan.
Lazimnya, permukaan luar penebat yang diawet terasa disalut dengan salutan grafit berterusan atau kerajang untuk mengurangkan hakisan dan haus serta pencemaran zarah. Jenis bahan penebat berasaskan karbon lain juga wujud, seperti buih karbon. Secara amnya, bahan bergrafit jelas diutamakan kerana grafitisasi sangat mengurangkan luas permukaan gentian. Bahan-bahan keluasan permukaan yang tinggi ini membolehkan lebih sedikit gas keluar dan mengambil sedikit masa untuk menarik relau ke vakum yang betul. Jenis lain ialah bahan komposit C/C, yang mempunyai ciri-ciri cemerlang seperti berat ringan, toleransi kerosakan yang tinggi dan kekuatan tinggi. Digunakan dalam medan haba untuk menggantikan bahagian grafit, yang mengurangkan kekerapan penggantian bahagian grafit dengan ketara dan meningkatkan kualiti kristal tunggal dan kestabilan pengeluaran.
Mengikut klasifikasi bahan mentah, rasa karbon boleh dibahagikan kepada rasa karbon berasaskan polyacrylonitrile, rasa karbon berasaskan viscose, dan rasa karbon berasaskan asfalt.
Terasa karbon berasaskan poliakrilonitril mempunyai kandungan abu yang besar, dan monofilamen menjadi rapuh selepas rawatan suhu tinggi. Semasa operasi, habuk mudah dihasilkan untuk mencemarkan persekitaran relau. Pada masa yang sama, gentian mudah memasuki liang manusia dan saluran pernafasan, menyebabkan kemudaratan kepada kesihatan manusia; berasa karbon berasaskan viscose Ia mempunyai sifat penebat haba yang baik, agak lembut selepas rawatan haba, dan kurang berkemungkinan menghasilkan habuk. Walau bagaimanapun, keratan rentas helai berasaskan viscose mempunyai bentuk yang tidak teratur dan terdapat banyak jurang pada permukaan gentian, yang mudah dibentuk dengan adanya suasana pengoksidaan dalam relau silikon kristal tunggal Czochralski. Gas seperti CO2 menyebabkan pemendakan unsur oksigen dan karbon dalam bahan silikon kristal tunggal. Pengeluar utama termasuk SGL Jerman dan syarikat lain. Pada masa ini, rasa karbon berasaskan padang adalah yang paling banyak digunakan dalam industri kristal tunggal semikonduktor, dan prestasi penebat habanya lebih baik daripada rasa karbon melekit. Rasa karbon berasaskan gusi adalah lebih rendah, tetapi rasa karbon berasaskan asfalt mempunyai ketulenan yang lebih tinggi dan pelepasan habuk yang lebih rendah. Pengilang termasuk Kureha Chemical Jepun, Gas Osaka, dll.
Oleh kerana bentuk karbon terasa tidak tetap, ia menyusahkan untuk beroperasi. Kini banyak syarikat telah membangunkan bahan penebat haba baharu berdasarkan rasa karbon - rasa karbon terawat. Terasa karbon terubat juga dipanggil terasa keras. Ia adalah rasa karbon yang mempunyai bentuk tertentu dan kemampanan diri selepas diresapi dengan resin, berlamina, pepejal dan berkarbonat.
Kualiti pertumbuhan silikon kristal tunggal dipengaruhi secara langsung oleh persekitaran medan haba, dan bahan penebat gentian karbon memainkan peranan penting dalam persekitaran ini. Terasa lembut penebat haba gentian karbon masih mempunyai kelebihan yang ketara dalam industri semikonduktor fotovoltaik kerana kelebihan kosnya, kesan penebat haba yang sangat baik, reka bentuk fleksibel dan bentuk yang boleh disesuaikan. Di samping itu, penebat tegar gentian karbon yang dirasakan akan mempunyai ruang yang lebih besar untuk pembangunan dalam pasaran bahan medan haba kerana kekuatan tertentu dan kebolehkendaliannya yang lebih tinggi. Kami komited untuk penyelidikan dan pembangunan dalam bidang bahan penebat haba dan terus mengoptimumkan prestasi produk untuk menggalakkan kemakmuran dan pembangunan industri semikonduktor fotovoltaik.
Masa siaran: 15-Mei-2024