Ang proseso ng paglago ng solong kristal na silikon ay ganap na isinasagawa sa thermal field.Ang isang mahusay na thermal field ay nakakatulong sa pagpapabuti ng kalidad ng kristal at may mataas na kahusayan sa pagkikristal.Ang disenyo ng thermal field ay higit na tinutukoy ang mga pagbabago at pagbabago sa mga gradient ng temperatura sa dynamic na thermal field.Ang daloy ng gas sa silid ng pugon at ang pagkakaiba sa mga materyales na ginamit sa thermal field ay direktang tinutukoy ang buhay ng serbisyo ng thermal field.Ang isang hindi makatwirang disenyo ng thermal field ay hindi lamang nagpapahirap sa pagpapalaki ng mga kristal na nakakatugon sa mga kinakailangan sa kalidad, ngunit hindi rin maaaring tumubo ng kumpletong solong mga kristal sa ilalim ng ilang mga kinakailangan sa proseso.Ito ang dahilan kung bakit itinuturing ng Czochralski monocrystalline silicon na industriya ang disenyo ng thermal field bilang pangunahing teknolohiya at namumuhunan ng malaking lakas-tao at materyal na mapagkukunan sa pananaliksik at pagpapaunlad ng thermal field.
Ang thermal system ay binubuo ng iba't ibang mga thermal field na materyales.Ipapakilala lamang namin sa madaling sabi ang mga materyales na ginamit sa thermal field.Tulad ng para sa pamamahagi ng temperatura sa thermal field at ang epekto nito sa paghila ng kristal, hindi namin ito susuriin dito.Ang thermal field na materyal ay tumutukoy sa crystal growth vacuum furnace.Structural at thermally insulated bahagi ng kamara, na kung saan ay mahalaga upang lumikha ng tamang temperatura tela sa paligid ng semiconductor natutunaw at mga kristal.
isa.mga materyales sa istruktura ng thermal field
Ang pangunahing materyal na sumusuporta para sa pagpapalaki ng solong kristal na silikon sa pamamagitan ng pamamaraang Czochralski ay high-purity graphite.Ang mga materyales sa graphite ay may napakahalagang papel sa modernong industriya.Sa paghahanda ng solong kristal na silikon sa pamamagitan ng pamamaraang Czochralski, maaari silang magamit bilang mga bahagi ng istruktura ng thermal field tulad ng mga heater, guide tubes, crucibles, insulation tubes, at crucible tray.
Ang materyal na graphite ay napili dahil sa kadalian ng paghahanda sa malalaking volume, kakayahang maproseso at mga katangian ng paglaban sa mataas na temperatura.Ang carbon sa anyo ng brilyante o grapayt ay may mas mataas na punto ng pagkatunaw kaysa sa anumang elemento o tambalan.Ang materyal na graphite ay medyo malakas, lalo na sa mataas na temperatura, at ang elektrikal at thermal conductivity nito ay medyo mahusay din.Ang electrical conductivity nito ay ginagawa itong angkop bilang isang heater material, at mayroon itong kasiya-siyang thermal conductivity na maaaring pantay na maipamahagi ang init na nabuo ng heater sa crucible at iba pang bahagi ng thermal field.Gayunpaman, sa mataas na temperatura, lalo na sa malalayong distansya, ang pangunahing paraan ng paglipat ng init ay radiation.
Ang mga bahagi ng graphite ay unang nabuo sa pamamagitan ng pagpindot o isostatic na pagpindot ng mga pinong carbonaceous na particle na hinaluan ng isang binder.Ang mga de-kalidad na bahagi ng grapayt ay karaniwang isostatically pinindot.Ang buong piraso ay unang carbonized at pagkatapos ay graphitize sa napakataas na temperatura, malapit sa 3000°C.Ang mga bahaging ginawa mula sa mga monolith na ito ay madalas na nililinis sa isang kapaligirang naglalaman ng chlorine sa mataas na temperatura upang alisin ang kontaminasyon ng metal upang sumunod sa mga kinakailangan sa industriya ng semiconductor.Gayunpaman, kahit na may wastong pagdalisay, ang mga antas ng kontaminasyon ng metal ay mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa pinahihintulutan ng mga silikon na solong kristal na materyales.Samakatuwid, ang pag-iingat ay dapat gawin sa disenyo ng thermal field upang maiwasan ang kontaminasyon ng mga sangkap na ito mula sa pagpasok sa natutunaw o kristal na ibabaw.
Ang materyal na graphite ay bahagyang natatagusan, na nagpapahintulot sa natitirang metal sa loob na madaling maabot ang ibabaw.Bilang karagdagan, ang silicon monoxide na nasa purge gas sa paligid ng graphite surface ay maaaring tumagos nang malalim sa karamihan ng mga materyales at gumanti.
Ang mga naunang nag-iisang kristal na silicon furnace heater ay gawa sa mga refractory metal tulad ng tungsten at molibdenum.Habang tumatanda ang teknolohiya sa pagpoproseso ng grapayt, nagiging matatag ang mga de-koryenteng katangian ng mga koneksyon sa pagitan ng mga bahagi ng grapayt, at ang mga single crystal silicon furnace heaters ay ganap na pinalitan ang tungsten at molibdenum at iba pang mga materyal na pampainit.Ang pinakamalawak na ginagamit na materyal na grapayt sa kasalukuyan ay isostatic graphite.ang semicera ay maaaring magbigay ng mataas na kalidad na isostatically pressed graphite na materyales.
Sa Czochralski single crystal silicon furnace, ginagamit minsan ang mga C/C composite na materyales, at ginagamit na ngayon sa paggawa ng mga bolts, nuts, crucibles, load-bearing plates at iba pang bahagi.Ang carbon/carbon (c/c) composite material ay carbon fiber reinforced carbon-based na composite na materyales.Ang mga ito ay may mataas na tiyak na lakas, mataas na tiyak na modulus, mababang thermal expansion coefficient, magandang electrical conductivity, malaking fracture toughness, mababang specific gravity, thermal shock resistance, corrosion resistance, Ito ay may isang serye ng mga mahusay na katangian tulad ng mataas na temperatura resistance at kasalukuyang malawak. ginagamit sa aerospace, karera, biomaterial at iba pang larangan bilang bagong uri ng materyal na istruktura na lumalaban sa mataas na temperatura.Sa kasalukuyan, ang pangunahing bottleneck na nararanasan ng domestic C/C composite na materyales ay ang mga isyu sa gastos at industriyalisasyon.
Mayroong maraming iba pang mga materyales na ginagamit upang lumikha ng mga thermal field.Ang carbon fiber reinforced graphite ay may mas mahusay na mekanikal na mga katangian;gayunpaman, ito ay mas mahal at nagpapataw ng iba pang mga kinakailangan sa disenyo.Ang Silicon carbide (SiC) ay isang mas mahusay na materyal kaysa sa graphite sa maraming paraan, ngunit ito ay mas mahal at mahirap na gumawa ng malalaking volume na bahagi.Gayunpaman, ang SiC ay kadalasang ginagamit bilang isang CVD coating upang mapataas ang buhay ng mga bahagi ng grapayt na nakalantad sa agresibong silicon monoxide na gas at upang mabawasan din ang kontaminasyon mula sa grapayt.Ang siksik na CVD silicon carbide coating ay epektibong pumipigil sa mga contaminant sa loob ng microporous graphite na materyal mula sa pag-abot sa ibabaw.
Ang isa pa ay ang CVD carbon, na maaari ring bumuo ng isang siksik na layer sa ibabaw ng mga bahagi ng grapayt.Ang iba pang materyal na lumalaban sa mataas na temperatura, tulad ng molibdenum o mga ceramic na materyales na tugma sa kapaligiran, ay maaaring gamitin kung saan walang panganib na mahawa ang pagkatunaw.Gayunpaman, ang mga oxide ceramics ay may limitadong kaangkupan para sa direktang pakikipag-ugnay sa mga materyal na grapayt sa mataas na temperatura, kadalasang nag-iiwan ng ilang mga alternatibo kung kinakailangan ang pagkakabukod.Ang isa ay hexagonal boron nitride (minsan ay tinatawag na white graphite dahil sa mga katulad na katangian), ngunit ito ay may mahinang mekanikal na katangian.Ang molibdenum ay karaniwang makatwiran para sa mataas na temperatura na mga aplikasyon dahil sa katamtamang gastos nito, mababang diffusivity sa mga kristal na silikon, at mababang koepisyent ng segregation, mga 5 × 108, na nagpapahintulot sa ilang kontaminasyon ng molibdenum bago sirain ang istraktura ng kristal.
dalawa.Mga materyales sa pagkakabukod ng thermal field
Ang pinakakaraniwang ginagamit na materyal sa pagkakabukod ay carbon nadama sa iba't ibang anyo.Ang carbon felt ay gawa sa manipis na mga hibla na nagsisilbing thermal insulation dahil hinaharangan nila ang thermal radiation nang maraming beses sa isang maikling distansya.Ang malambot na carbon felt ay hinahabi sa medyo manipis na mga sheet ng materyal, na pagkatapos ay gupitin sa nais na hugis at mahigpit na baluktot sa isang makatwirang radius.Ang cured felt ay binubuo ng mga katulad na fiber materials, gamit ang isang carbon-containing binder para ikonekta ang dispersed fibers sa isang mas solid at naka-istilong bagay.Ang paggamit ng chemical vapor deposition ng carbon sa halip na mga binder ay maaaring mapabuti ang mekanikal na katangian ng materyal.
Karaniwan, ang panlabas na ibabaw ng insulating cured felt ay pinahiran ng tuluy-tuloy na graphite coating o foil upang mabawasan ang erosion at pagkasira pati na rin ang particulate contamination.Ang iba pang mga uri ng carbon-based na insulation na materyales ay mayroon ding, tulad ng carbon foam.Sa pangkalahatan, malinaw na ginusto ang mga graphitized na materyales dahil lubos na binabawasan ng graphitization ang surface area ng fiber.Ang mga materyal na ito na may mataas na lugar sa ibabaw ay nagbibigay-daan sa mas kaunting outgassing at mas kaunting oras upang iguhit ang furnace sa isang wastong vacuum.Ang iba pang uri ay C/C composite material, na may mga natatanging tampok gaya ng magaan, mataas na damage tolerance, at mataas na lakas.Ginagamit sa mga thermal field upang palitan ang mga bahagi ng grapayt, na makabuluhang binabawasan ang dalas ng pagpapalit ng mga bahagi ng grapayt at pinapabuti ang kalidad ng solong kristal at katatagan ng produksyon.
Ayon sa pag-uuri ng mga hilaw na materyales, ang carbon felt ay maaaring nahahati sa polyacrylonitrile-based na carbon felt, viscose-based na carbon felt, at asphalt-based na carbon felt.
Ang polyacrylonitrile-based na carbon felt ay may malaking nilalaman ng abo, at ang mga monofilament ay nagiging malutong pagkatapos ng paggamot sa mataas na temperatura.Sa panahon ng operasyon, ang alikabok ay madaling nagagawa upang dumumi ang kapaligiran ng pugon.Kasabay nito, ang mga hibla ay madaling pumasok sa mga pores at respiratory tract ng tao, na nagiging sanhi ng pinsala sa kalusugan ng tao;viscose-based carbon felt Ito ay may magandang katangian ng thermal insulation, medyo malambot pagkatapos ng heat treatment, at mas malamang na makagawa ng alikabok.Gayunpaman, ang cross-section ng viscose-based strands ay may irregular na hugis at maraming bangin sa fiber surface, na madaling mabuo sa pagkakaroon ng oxidizing atmosphere sa isang Czochralski single crystal silicon furnace.Ang mga gas tulad ng CO2 ay nagdudulot ng pag-ulan ng oxygen at carbon na mga elemento sa iisang kristal na silikon na materyales.Kasama sa mga pangunahing tagagawa ang German SGL at iba pang mga kumpanya.Sa kasalukuyan, ang pitch-based na carbon felt ang pinakamalawak na ginagamit sa semiconductor single crystal na industriya, at ang pagganap ng thermal insulation nito ay mas mahusay kaysa sa malagkit na carbon felt.Mas mababa ang nadama ng carbon na nakabatay sa gum, ngunit ang nadama ng carbon na nakabatay sa aspalto ay may mas mataas na kadalisayan at mas mababang paglabas ng alikabok.Kasama sa mga tagagawa ang Kureha Chemical ng Japan, Osaka Gas, atbp.
Dahil ang hugis ng carbon nadama ay hindi naayos, ito ay hindi maginhawa upang gumana.Ngayon maraming mga kumpanya ang nakabuo ng isang bagong thermal insulation material batay sa carbon felt - cured carbon felt.Tinatawag ding hard felt ang cured carbon felt.Ito ay isang carbon na nadama na may isang tiyak na hugis at self-sustainability pagkatapos na pinapagbinhi ng resin, nakalamina, solidified at carbonized.
Ang kalidad ng paglago ng solong kristal na silikon ay direktang apektado ng kapaligiran ng thermal field, at ang mga materyales sa pagkakabukod ng carbon fiber ay may mahalagang papel sa kapaligirang ito.Ang carbon fiber thermal insulation soft felt ay sumasakop pa rin ng isang makabuluhang kalamangan sa industriya ng photovoltaic semiconductor dahil sa mga pakinabang nito sa gastos, mahusay na thermal insulation effect, nababaluktot na disenyo at nako-customize na hugis.Bilang karagdagan, ang matibay na pagkakabukod ng carbon fiber na nadama ay magkakaroon ng mas malaking puwang para sa pag-unlad sa merkado ng materyal na thermal field dahil sa tiyak na lakas nito at mas mataas na kakayahang magamit.Kami ay nakatuon sa pagsasaliksik at pag-unlad sa larangan ng mga thermal insulation na materyales at patuloy na ino-optimize ang pagganap ng produkto upang isulong ang kasaganaan at pag-unlad ng industriya ng photovoltaic semiconductor.
Oras ng post: Mayo-15-2024