Vekstprosessen av enkrystall silisium utføres fullstendig i det termiske feltet. Et godt termisk felt bidrar til å forbedre krystallkvaliteten og har høy krystalliseringseffektivitet. Utformingen av det termiske feltet bestemmer i stor grad endringene og endringene i temperaturgradienter i det dynamiske termiske feltet. Strømmen av gass i ovnskammeret og forskjellen i materialer som brukes i det termiske feltet bestemmer direkte levetiden til det termiske feltet. Et urimelig utformet termisk felt gjør det ikke bare vanskelig å dyrke krystaller som oppfyller kvalitetskrav, men kan heller ikke dyrke komplette enkeltkrystaller under visse prosesskrav. Dette er grunnen til at den monokrystallinske silisiumindustrien i Czochralski anser termisk feltdesign som kjerneteknologien og investerer enorme arbeidskraft og materielle ressurser i termisk feltforskning og utvikling.
Det termiske systemet er sammensatt av ulike termiske feltmaterialer. Vi vil bare kort presentere materialene som brukes i det termiske feltet. Når det gjelder temperaturfordelingen i det termiske feltet og dets innvirkning på krystalltrekking, vil vi ikke analysere det her. Det termiske feltmaterialet refererer til krystallvekstvakuumovnen. Strukturelle og termisk isolerte deler av kammeret, som er avgjørende for å lage riktig temperaturduk rundt halvledersmelten og krystallene.
en. termiske feltstrukturmaterialer
Det grunnleggende støttematerialet for dyrking av enkeltkrystallsilisium ved Czochralski-metoden er grafitt med høy renhet. Grafittmaterialer spiller en svært viktig rolle i moderne industri. Ved fremstilling av enkeltkrystallsilisium ved Czochralski-metoden kan de brukes som termiske feltstrukturkomponenter som varmeovner, styrerør, digler, isolasjonsrør og digelbrett.
Grafittmateriale ble valgt på grunn av dets enkle tilberedning i store volumer, bearbeidbarhet og høytemperaturmotstandsegenskaper. Karbon i form av diamant eller grafitt har et høyere smeltepunkt enn noe element eller forbindelse. Grafittmateriale er ganske sterkt, spesielt ved høye temperaturer, og dets elektriske og termiske ledningsevne er også ganske bra. Dens elektriske ledningsevne gjør den egnet som varmemateriale, og den har en tilfredsstillende varmeledningsevne som jevnt kan fordele varmen som genereres av varmeren til digelen og andre deler av det termiske feltet. Men ved høye temperaturer, spesielt over lange avstander, er hovedmodusen for varmeoverføring stråling.
Grafittdeler dannes først ved ekstrudering eller isostatisk pressing av fine karbonholdige partikler blandet med et bindemiddel. Grafittdeler av høy kvalitet blir vanligvis isostatisk presset. Hele stykket blir først karbonisert og deretter grafittisert ved svært høye temperaturer, nær 3000°C. Deler maskinert fra disse monolittene blir ofte renset i en klorholdig atmosfære ved høye temperaturer for å fjerne metallforurensning for å overholde halvlederindustriens krav. Selv med riktig rensing er imidlertid metallforurensningsnivåene størrelsesorden høyere enn tillatt av silisium enkrystallmaterialer. Derfor må det utvises forsiktighet i termisk feltdesign for å forhindre at forurensning av disse komponentene kommer inn i smelte- eller krystalloverflaten.
Grafittmaterialet er lett permeabelt, noe som gjør at gjenværende metall inni lett kan nå overflaten. I tillegg kan silisiummonoksidet som finnes i rensegassen rundt grafittoverflaten trenge dypt inn i de fleste materialer og reagere.
Tidlige enkeltkrystall-silisiumovnsovner ble laget av ildfaste metaller som wolfram og molybden. Etter hvert som grafittbehandlingsteknologien modnes, blir de elektriske egenskapene til forbindelsene mellom grafittkomponenter stabile, og enkeltkrystallvarmere i silisiumovn har fullstendig erstattet wolfram og molybden og andre materialvarmere. Det mest brukte grafittmaterialet for tiden er isostatisk grafitt. semicera kan levere isostatisk pressede grafittmaterialer av høy kvalitet.
I Czochralski enkrystall silisiumovner brukes noen ganger C/C komposittmaterialer, og de brukes nå til å produsere bolter, muttere, digler, bærende plater og andre komponenter. Karbon/karbon (c/c) komposittmaterialer er karbonfiberforsterkede karbonbaserte komposittmaterialer. De har høy spesifikk styrke, høy spesifikk modul, lav termisk ekspansjonskoeffisient, god elektrisk ledningsevne, stor bruddseighet, lav egenvekt, termisk støtmotstand, korrosjonsmotstand, den har en rekke utmerkede egenskaper som høy temperaturmotstand og er for tiden mye brukt i romfart, racing, biomaterialer og andre felt som en ny type høytemperaturbestandig strukturmateriale. For tiden er hovedflaskehalsen for innenlandske C/C-komposittmaterialer kostnader og industrialiseringsproblemer.
Det er mange andre materialer som brukes til å lage termiske felt. Karbonfiberforsterket grafitt har bedre mekaniske egenskaper; den er imidlertid dyrere og stiller andre designkrav. Silisiumkarbid (SiC) er et bedre materiale enn grafitt på mange måter, men det er mye dyrere og vanskeligere å fremstille store volumdeler. Imidlertid brukes SiC ofte som et CVD-belegg for å øke levetiden til grafittdeler utsatt for aggressiv silisiummonoksidgass og også for å redusere forurensning fra grafitt. Det tette CVD-silisiumkarbidbelegget forhindrer effektivt forurensninger inne i det mikroporøse grafittmaterialet fra å nå overflaten.
Den andre er CVD-karbon, som også kan danne et tett lag på toppen av grafittdeler. Andre høytemperaturbestandige materialer, som molybden eller keramiske materialer som er kompatible med miljøet, kan brukes der det ikke er fare for forurensning av smelten. Imidlertid har oksidkeramikk begrenset egnethet for direkte kontakt med grafittmaterialer ved høye temperaturer, og etterlater ofte få alternativer hvis isolasjon er nødvendig. Den ene er sekskantet bornitrid (noen ganger kalt hvit grafitt på grunn av lignende egenskaper), men den har dårlige mekaniske egenskaper. Molybden er generelt rimelig for høytemperaturapplikasjoner på grunn av dens moderate kostnad, lave diffusivitet i silisiumkrystaller og lave segregeringskoeffisient, omtrent 5 × 108, som tillater noe molybdenforurensning før ødeleggelse av krystallstrukturen.
to. Termiske feltisolasjonsmaterialer
Det mest brukte isolasjonsmaterialet er karbonfilt i ulike former. Karbonfilt er laget av tynne fibre som fungerer som varmeisolasjon fordi de blokkerer termisk stråling mange ganger over kort avstand. Myk karbonfilt veves inn i relativt tynne materialark, som deretter kuttes i ønsket form og bøyes tett til en rimelig radius. Herdet filt er sammensatt av lignende fibermaterialer, ved å bruke et karbonholdig bindemiddel for å koble de spredte fibrene til en mer solid og stilig gjenstand. Bruk av kjemisk dampavsetning av karbon i stedet for bindemidler kan forbedre materialets mekaniske egenskaper.
Vanligvis er den ytre overflaten av isolerende herdet filt belagt med et kontinuerlig grafittbelegg eller folie for å redusere erosjon og slitasje samt partikkelforurensning. Andre typer karbonbaserte isolasjonsmaterialer finnes også, for eksempel karbonskum. Generelt er grafittiserte materialer klart å foretrekke fordi grafittisering i stor grad reduserer overflatearealet til fiberen. Disse materialene med stort overflateareal tillater mye mindre utgassing og tar mindre tid å trekke ovnen til et skikkelig vakuum. Den andre typen er C/C-komposittmateriale, som har enestående egenskaper som lav vekt, høy skadetoleranse og høy styrke. Brukes i termiske felt for å erstatte grafittdeler, noe som reduserer utskiftingsfrekvensen av grafittdeler betydelig og forbedrer enkeltkrystallkvalitet og produksjonsstabilitet.
I henhold til klassifiseringen av råvarer kan karbonfilt deles inn i polyakrylnitrilbasert karbonfilt, viskosebasert karbonfilt og asfaltbasert karbonfilt.
Polyakrylnitrilbasert karbonfilt har et stort askeinnhold, og monofilamentene blir sprø etter høytemperaturbehandling. Under drift produseres det lett støv for å forurense ovnsmiljøet. Samtidig kommer fibrene lett inn i menneskelige porer og luftveier, og forårsaker skade på menneskers helse; viskosebasert karbonfilt Den har gode varmeisolasjonsegenskaper, er relativt myk etter varmebehandling og produserer mindre støv. Imidlertid har tverrsnittet til de viskosebaserte trådene en uregelmessig form og det er mange kløfter på fiberoverflaten, som er lett å danne i nærvær av en oksiderende atmosfære i en Czochralski enkrystall silisiumovn. Gasser som CO2 forårsaker utfelling av oksygen og karbonelementer i enkrystall silisiummaterialer. Hovedprodusentene inkluderer tyske SGL og andre selskaper. For tiden er pitch-basert karbonfilt den mest brukte i halvleder-enkelkrystallindustrien, og dens varmeisolasjonsytelse er bedre enn klebrig karbonfilt. Gummibasert karbonfilt er dårligere, men asfaltbasert karbonfilt har høyere renhet og lavere støvutslipp. Produsenter inkluderer Japans Kureha Chemical, Osaka Gas, etc.
Siden formen på karbonfilten ikke er fast, er den upraktisk å betjene. Nå har mange bedrifter utviklet et nytt varmeisolasjonsmateriale basert på karbonfilt – herdet karbonfilt. Herdet karbonfilt kalles også hard filt. Det er en karbonfilt som har en viss form og selvbærekraft etter å ha blitt impregnert med harpiks, laminert, størknet og karbonisert.
Vekstkvaliteten til enkeltkrystallsilisium påvirkes direkte av det termiske feltmiljøet, og karbonfiberisolasjonsmaterialer spiller en nøkkelrolle i dette miljøet. Karbonfiber termisk isolasjon myk filt har fortsatt en betydelig fordel i solcellehalvlederindustrien på grunn av kostnadsfordelene, utmerket termisk isolasjonseffekt, fleksibel design og tilpassbar form. I tillegg vil stiv isolasjonsfilt av karbonfiber ha større rom for utvikling i markedet for termiske feltmaterialer på grunn av dens visse styrke og høyere brukbarhet. Vi er forpliktet til forskning og utvikling innen termiske isolasjonsmaterialer og kontinuerlig optimalisere produktytelsen for å fremme velstanden og utviklingen av den solcelle-halvlederindustrien.
Innleggstid: 15. mai 2024