Proces růstu monokrystalu křemíku se kompletně provádí v tepelném poli.Dobré tepelné pole přispívá ke zlepšení kvality krystalů a má vysokou účinnost krystalizace.Návrh tepelného pole do značné míry určuje změny a změny teplotních gradientů v dynamickém tepelném poli.Proudění plynu v komoře pece a rozdílnost materiálů použitých v tepelném poli přímo určují životnost tepelného pole.Nerozumně navržené tepelné pole nejen znesnadňuje pěstování krystalů, které splňují požadavky na kvalitu, ale také nemohou při určitých procesních požadavcích pěstovat kompletní monokrystaly.To je důvod, proč Czochralski průmysl monokrystalického křemíku považuje návrh tepelného pole za hlavní technologii a investuje obrovské lidské síly a materiálové zdroje do výzkumu a vývoje tepelného pole.
Tepelný systém se skládá z různých materiálů tepelného pole.Jen krátce si představíme materiály používané v tepelné oblasti.Co se týče rozložení teplot v tepelném poli a jeho vlivu na tahání krystalu, nebudeme to zde rozebírat.Materiál tepelného pole se týká vakuové pece pro růst krystalů.Strukturální a tepelně izolované části komory, které jsou nezbytné pro vytvoření správné teplotní tkaniny kolem taveniny polovodiče a krystalů.
jeden.konstrukční materiály tepelného pole
Základním nosným materiálem pro pěstování monokrystalického křemíku Czochralského metodou je vysoce čistý grafit.Grafitové materiály hrají v moderním průmyslu velmi důležitou roli.Při přípravě monokrystalického křemíku Czochralského metodou je lze použít jako konstrukční součásti tepelného pole, jako jsou ohřívače, vodicí trubky, kelímky, izolační trubičky a misky na kelímky.
Grafitový materiál byl zvolen z důvodu snadné přípravy ve velkých objemech, zpracovatelnosti a odolnosti vůči vysokým teplotám.Uhlík ve formě diamantu nebo grafitu má vyšší bod tání než jakýkoli prvek nebo sloučenina.Grafitový materiál je poměrně pevný, zejména při vysokých teplotách, a jeho elektrická a tepelná vodivost je také docela dobrá.Díky své elektrické vodivosti je vhodný jako materiál ohřívače a má uspokojivou tepelnou vodivost, která může rovnoměrně distribuovat teplo generované ohřívačem do kelímku a dalších částí tepelného pole.Při vysokých teplotách, zejména na velké vzdálenosti, je však hlavním způsobem přenosu tepla sálání.
Grafitové díly vznikají zpočátku vytlačováním nebo izostatickým lisováním jemných uhlíkatých částic smíchaných s pojivem.Vysoce kvalitní grafitové díly jsou obvykle lisovány izostaticky.Celý kus je nejprve karbonizován a poté grafitizován při velmi vysokých teplotách, blízkých 3000 °C.Díly vyrobené z těchto monolitů se často čistí v atmosféře obsahující chlór při vysokých teplotách, aby se odstranila kontaminace kovů, aby byly splněny požadavky polovodičového průmyslu.Avšak i při správném čištění jsou úrovně kontaminace kovy řádově vyšší, než dovolují křemíkové monokrystalické materiály.Proto je třeba věnovat pozornost návrhu tepelného pole, aby se zabránilo vniknutí kontaminace těchto složek do taveniny nebo povrchu krystalu.
Grafitový materiál je mírně propustný, což umožňuje, aby se zbývající kov uvnitř snadno dostal na povrch.Kromě toho oxid křemičitý přítomný v čistícím plynu kolem povrchu grafitu může proniknout hluboko do většiny materiálů a reagovat.
Rané monokrystalické křemíkové ohřívače pece byly vyrobeny z žáruvzdorných kovů, jako je wolfram a molybden.Jak technologie zpracování grafitu dozrává, elektrické vlastnosti spojení mezi grafitovými součástmi se stávají stabilními a ohřívače pecí z monokrystalu křemíku zcela nahradily ohřívače wolframu a molybdenu a jiných materiálů.Nejpoužívanějším grafitovým materiálem je v současnosti izostatický grafit.semicera může poskytnout vysoce kvalitní izostaticky lisované grafitové materiály.
V monokrystalických křemíkových pecích Czochralski se někdy používají kompozitní materiály C/C a nyní se používají k výrobě šroubů, matic, kelímků, nosných desek a dalších součástí.Kompozitní materiály uhlík/uhlík (c/c) jsou kompozitní materiály na bázi uhlíku vyztužené uhlíkovými vlákny.Mají vysokou měrnou pevnost, vysoký měrný modul, nízký koeficient tepelné roztažnosti, dobrou elektrickou vodivost, velkou lomovou houževnatost, nízkou měrnou hmotnost, odolnost proti tepelným šokům, odolnost proti korozi, Má řadu vynikajících vlastností, jako je odolnost proti vysokým teplotám a v současné době je široce používán používá se v letectví, závodech, biomateriálech a dalších oblastech jako nový typ konstrukčního materiálu odolného vůči vysokým teplotám.V současnosti je hlavním úzkým místem, na které narážejí domácí C/C kompozitní materiály, náklady a problémy industrializace.
K vytvoření tepelných polí se používá mnoho dalších materiálů.Grafit vyztužený uhlíkovými vlákny má lepší mechanické vlastnosti;je však dražší a klade jiné konstrukční požadavky.Karbid křemíku (SiC) je v mnoha ohledech lepší materiál než grafit, ale je mnohem dražší a obtížnější vyrobit velkoobjemové díly.SiC se však často používá jako povlak CVD ke zvýšení životnosti grafitových dílů vystavených agresivnímu plynnému oxidu křemičitému a také ke snížení kontaminace grafitem.Hustý CVD povlak z karbidu křemíku účinně zabraňuje kontaminantům uvnitř mikroporézního grafitového materiálu dostat se na povrch.
Druhým je CVD uhlík, který může také tvořit hustou vrstvu na grafitových částech.Tam, kde nehrozí kontaminace taveniny, lze použít jiné materiály odolné vůči vysokým teplotám, jako je molybden nebo keramické materiály, které jsou kompatibilní s prostředím.Oxidová keramika má však omezenou vhodnost pro přímý kontakt s grafitovými materiály při vysokých teplotách a často zbývá jen málo alternativ, pokud je vyžadována izolace.Jedním z nich je hexagonální nitrid boru (někdy se mu kvůli podobným vlastnostem říká bílý grafit), ale má špatné mechanické vlastnosti.Molybden je obecně vhodný pro vysokoteplotní aplikace kvůli jeho mírným nákladům, nízké difuzivitě v křemíkových krystalech a nízkému segregačnímu koeficientu, asi 5 × 108, což umožňuje určitou kontaminaci molybdenem před zničením krystalové struktury.
dva.Tepelně izolační materiály
Nejčastěji používaným izolačním materiálem je uhlíková plsť v různých podobách.Uhlíková plsť je vyrobena z tenkých vláken, která působí jako tepelná izolace, protože blokují tepelné záření mnohokrát na krátkou vzdálenost.Měkká uhlíková plsť je vetkána do relativně tenkých plátků materiálu, které jsou následně řezány do požadovaného tvaru a pevně ohnuty na přiměřený poloměr.Vytvrzená plsť je složena z podobných vláknitých materiálů s použitím pojiva obsahujícího uhlík ke spojení rozptýlených vláken do pevnějšího a stylovějšího předmětu.Použití chemického napařování uhlíku místo pojiv může zlepšit mechanické vlastnosti materiálu.
Typicky je vnější povrch izolační vytvrzené plsti potažen souvislým grafitovým povlakem nebo fólií, aby se snížila eroze a opotřebení, jakož i kontaminace částicemi.Existují také jiné typy izolačních materiálů na bázi uhlíku, jako je uhlíková pěna.Obecně jsou grafitizované materiály jednoznačně preferovány, protože grafitizace značně snižuje povrchovou plochu vlákna.Tyto materiály s velkým povrchem umožňují mnohem menší odplyňování a trvá kratší dobu, než se pec natáhne do správného vakua.Druhým typem je kompozitní materiál C/C, který má vynikající vlastnosti, jako je nízká hmotnost, vysoká odolnost proti poškození a vysoká pevnost.Používá se v tepelných polích k náhradě grafitových dílů, což výrazně snižuje frekvenci výměny grafitových dílů a zlepšuje kvalitu monokrystalu a stabilitu výroby.
Podle klasifikace surovin lze uhlíkovou plsť rozdělit na uhlíkovou plsť na bázi polyakrylonitrilu, uhlíkovou plsť na bázi viskózy a uhlíkovou plsť na bázi asfaltu.
Uhlíková plsť na bázi polyakrylonitrilu má velký obsah popela a monofily po vysokoteplotní úpravě křehnou.Během provozu snadno vzniká prach, který znečišťuje prostředí pece.Současně vlákna snadno vstupují do lidských pórů a dýchacích cest a způsobují poškození lidského zdraví;Uhlíková plsť na bázi viskózy Má dobré tepelně izolační vlastnosti, je po tepelném zpracování poměrně měkká a méně se u ní tvoří prach.Avšak průřez pramenů na bázi viskózy má nepravidelný tvar a na povrchu vlákna je mnoho roklí, které lze snadno vytvořit v přítomnosti oxidační atmosféry v Czochralského monokrystalické křemíkové peci.Plyny jako CO2 způsobují srážení kyslíkových a uhlíkových prvků v monokrystalických křemíkových materiálech.Mezi hlavní výrobce patří německá SGL a další společnosti.V současnosti je uhlíková plsť na bázi smoly nejrozšířenější v průmyslu polovodičových monokrystalů a její tepelně izolační výkon je lepší než u lepivé uhlíkové plsti.Karbonová plsť na bázi gumy je horší, ale uhlíková plsť na bázi asfaltu má vyšší čistotu a nižší emise prachu.Mezi výrobce patří japonská Kureha Chemical, Osaka Gas atd.
Vzhledem k tomu, že tvar uhlíkové plsti není pevně daný, je nepohodlná obsluha.Nyní mnoho společností vyvinulo nový tepelně izolační materiál na bázi uhlíkové plsti – vytvrzenou uhlíkovou plsť.Vytvrzená uhlíková plsť se také nazývá tvrdá plsť.Jde o uhlíkovou plsť, která má po napuštění pryskyřicí, nalaminování, ztuhnutí a nakarbonizaci určitý tvar a soběstačnost.
Kvalita růstu monokrystalického křemíku je přímo ovlivněna prostředím tepelného pole a izolační materiály z uhlíkových vláken hrají v tomto prostředí klíčovou roli.Tepelně izolační měkká plsť z uhlíkových vláken stále zaujímá významnou výhodu ve fotovoltaickém polovodičovém průmyslu díky svým cenovým výhodám, vynikajícímu tepelně izolačnímu účinku, flexibilnímu designu a přizpůsobitelnému tvaru.Navíc tuhá izolační plsť z uhlíkových vláken bude mít větší prostor pro rozvoj na trhu materiálů pro tepelné pole díky své určité pevnosti a vyšší provozuschopnosti.Zavázali jsme se k výzkumu a vývoji v oblasti tepelně izolačních materiálů a neustále optimalizujeme výkonnost produktů, abychom podpořili prosperitu a rozvoj odvětví fotovoltaických polovodičů.
Čas odeslání: 15. května 2024