La kreskoprocezo de unukristala silicio estas tute efektivigita en la termika kampo. Bona termika kampo estas favora al plibonigo de kristala kvalito kaj havas altan kristaligan efikecon. La dezajno de la termika kampo plejparte determinas la ŝanĝojn kaj ŝanĝojn en temperaturgradientoj en la dinamika termika kampo. La fluo de gaso en la forna ĉambro kaj la diferenco en materialoj uzataj en la termika kampo rekte determinas la servodaŭron de la termika kampo. Senracie dizajnita termika kampo ne nur malfaciligas kreskigi kristalojn kiuj plenumas kvalitajn postulojn, sed ankaŭ ne povas kreskigi kompletajn unukristalojn sub certaj procezaj postuloj. Tial la Czochralski-monokristala silicia industrio konsideras termika kampodezajno kiel la kernteknologion kaj investas grandegan laborforton kaj materialajn rimedojn en termika kampesplorado kaj evoluo.
La termika sistemo estas kunmetita de diversaj termokampaj materialoj. Ni nur mallonge enkondukos la materialojn uzatajn en la termika kampo. Koncerne la temperaturdistribuon en la termika kampo kaj ĝia efiko al kristala tirado, ni ne analizos ĝin ĉi tie. La termika kampomaterialo rilatas al la kristalkreska vakua forno. Strukturaj kaj termike izolitaj partoj de la kamero, kiuj estas esencaj por krei la bonordan temperaturtukon ĉirkaŭ la semikonduktaĵfandado kaj kristaloj.
unu. strukturaj materialoj de termika kampo
La baza subtena materialo por kultivado de unukristala silicio per Czochralski-metodo estas altpura grafito. Grafitaj materialoj ludas tre gravan rolon en moderna industrio. En la preparado de unukristala silicio per Czochralski-metodo, ili povas esti uzataj kiel termikaj kampaj strukturaj komponentoj kiel hejtiloj, gvidtuboj, krisoloj, izolaj tuboj kaj krisolpletoj.
Grafita materialo estis elektita pro sia facileco de preparo en grandaj volumoj, procesebleco kaj alttemperaturaj rezistaj propraĵoj. Karbono en formo de diamanto aŭ grafito havas pli altan frostopunkton ol iu ajn elemento aŭ kunmetaĵo. Grafita materialo estas sufiĉe forta, precipe ĉe altaj temperaturoj, kaj ĝia elektra kaj termika kondukteco ankaŭ estas sufiĉe bona. Ĝia elektra kondukteco igas ĝin taŭga kiel hejtila materialo, kaj ĝi havas kontentigan termikan konduktivecon, kiu povas egale distribui la varmegon generitan de la hejtilo al la fandujo kaj aliaj partoj de la termika kampo. Tamen, ĉe altaj temperaturoj, precipe sur longdistancoj, la ĉefa reĝimo de varmotransigo estas radiado.
Grafitpartoj estas komence formitaj per eltrudado aŭ izostatika premado de fajnaj karbonaj partikloj miksitaj kun ligilo. Altkvalitaj grafitaj partoj estas kutime izostate premataj. La tuta peco unue estas karbonigita kaj poste grafitita ĉe tre altaj temperaturoj, proksime al 3000°C. Partoj maŝinprilaboritaj de tiuj monolitoj ofte estas purigitaj en kloro-enhava atmosfero ĉe altaj temperaturoj por forigi metalpoluadon por observi semikonduktaĵindustripostulojn. Tamen, eĉ kun bonorda purigo, metalpoluadniveloj estas grandordoj pli altaj ol permesite per siliciaj unukristalaj materialoj. Tial oni devas zorgi pri termika kampo-dezajno por malhelpi poluadon de ĉi tiuj komponantoj eniri la fandadon aŭ kristalan surfacon.
Grafita materialo estas iomete penetrebla, kio permesas al restanta metalo interne facile atingi la surfacon. Krome, la siliciomonoksido ĉeestanta en la puriga gaso ĉirkaŭ la grafita surfaco povas penetri profunde en la plej multajn materialojn kaj reagi.
Fruaj unukristalaj siliciaj fornegaj hejtiloj estis faritaj el obstinaj metaloj kiel ekzemple volframo kaj molibdeno. Dum la grafita pretiga teknologio maturiĝas, la elektraj propraĵoj de la ligoj inter grafitaj komponantoj fariĝas stabilaj, kaj unukristalaj siliciaj fornaj hejtiloj tute anstataŭigis volframon kaj molibdenon kaj aliajn materialajn hejtilojn. La plej vaste uzata grafita materialo nuntempe estas izostatika grafito. semicera povas disponigi altkvalitajn izostatike premitajn grafitajn materialojn.
En Czochralski unukristalaj siliciofornoj, C/C kunmetitaj materialoj foje estas uzitaj, kaj nun estas uzitaj por produkti riglilojn, nuksojn, krisolojn, ŝarĝajn platojn kaj aliajn komponentojn. Karbono/karbono (c/c) kompozitaj materialoj estas karbonfibro plifortikigitaj karbon-bazitaj kompozitaj materialoj. Ili havas altan specifan forton, altan specifan modulon, malaltan termikan disvastigan koeficienton, bonan elektran konduktivecon, grandan frakturforton, malaltan specifan pezon, termika ŝokon reziston, korodan reziston, Ĝi havas serion de bonegaj propraĵoj kiel alta temperatura rezisto kaj estas nuntempe vaste. uzata en aerospaco, vetkuro, biomaterialoj kaj aliaj kampoj kiel nova speco de alta temperaturo imuna struktura materialo. Nuntempe, la ĉefa proplemkolo renkontita de hejmaj C/C kunmetitaj materialoj estas kostaj kaj industriigaj aferoj.
Estas multaj aliaj materialoj uzataj por krei termikajn kampojn. Karbonfibro plifortigita grafito havas pli bonajn mekanikajn ecojn; tamen, ĝi estas pli multekosta kaj trudas aliajn dezajnopostulojn. Silicia karbido (SiC) estas pli bona materialo ol grafito en multaj manieroj, sed estas multe pli multekoste kaj malfacile fabriki grand-volumenajn partojn. Tamen, SiC ofte estas utiligita kiel CVD-tegaĵo por pliigi la vivon de grafitpartoj eksponitaj al agresema silicia monoksidgaso kaj ankaŭ por redukti poluadon de grafito. La densa CVD-siliciokarbura tegaĵo efike malhelpas poluaĵojn ene de la mikropora grafita materialo atingi la surfacon.
La alia estas CVD-karbono, kiu ankaŭ povas formi densan tavolon aldone al grafitaj partoj. Aliaj alttemperaturaj imunaj materialoj, kiel molibdeno aŭ ceramikaj materialoj kongruaj kun la medio, povas esti uzataj kie ne ekzistas risko de poluado de la fandado. Tamen, oksidceramikaĵo limigis taŭgecon por rekta kontakto kun grafitmaterialoj ĉe altaj temperaturoj, ofte forlasante malmultajn alternativojn se izolajzo estas postulata. Unu estas sesangula boronitruro (foje nomita blanka grafito pro similaj trajtoj), sed ĝi havas malbonajn mekanikajn trajtojn. Molibdeno estas ĝenerale akceptebla por alttemperaturaj aplikoj pro sia modera kosto, malalta difuziveco en silicikristaloj, kaj malalta apartigkoeficiento, proksimume 5 × 108, kiu permesas iun molibdenpoluadon antaŭ detruado de la kristalstrukturo.
du. Termokampaj izolaj materialoj
La plej ofte uzata izola materialo estas karbona sento en diversaj formoj. Karbonsento estas farita el maldikaj fibroj kiuj funkcias kiel termika izolado ĉar ili blokas termikan radiadon multajn fojojn sur mallonga distanco. Mola karbon felto estas teksita en relative maldikajn foliojn de materialo, kiuj tiam estas tranĉitaj en la deziratan formon kaj malloze fleksitaj al akceptebla radiuso. Resanigita felto estas kunmetita de similaj fibraj materialoj, uzante karbon-enhavantan ligilon por ligi la disajn fibrojn en pli solidan kaj elegantan objekton. Uzi kemian vapordemetadon de karbono anstataŭe de ligiloj povas plibonigi la mekanikajn trajtojn de la materialo.
Tipe, la ekstera surfaco de izola resanigita felto estas kovrita per kontinua grafita tegaĵo aŭ tavoleto por redukti erozion kaj eluziĝon same kiel partiklan poluadon. Aliaj specoj de karbon-bazitaj izolaj materialoj ankaŭ ekzistas, kiel ekzemple karbonŝaŭmo. Ĝenerale, grafitigitaj materialoj estas klare preferitaj ĉar grafitigo tre reduktas la surfacareon de la fibro. Tiuj altaj surfacareaj materialoj permesas multe malpli elgasadon kaj prenas malpli da tempo por tiri la fornon al taŭga vakuo. La alia tipo estas C/C kunmetita materialo, kiu havas elstarajn trajtojn kiel malpeza pezo, alta difekto-toleremo kaj alta forto. Uzita en termikaj kampoj por anstataŭigi grafitajn partojn, kio signife reduktas la anstataŭan oftecon de grafitaj partoj kaj plibonigas unukristalan kvaliton kaj produktadstabilecon.
Laŭ la klasifiko de krudaj materialoj, karbon-sento povas esti dividita en poliakrilonitril-bazitan karbon-senton, viskoz-bazitan karbon-senton kaj asfalt-bazitan karbon-senton.
Poliakrilonitrilo-bazita karbonfelto havas grandan cindroenhavon, kaj la monofilamentoj fariĝas fragilaj post alt-temperatura traktado. Dum funkciado, polvo estas facile produktita por polui la medion de la forno. Samtempe, la fibroj facile eniras homajn porojn kaj spirajn vojojn, kaŭzante damaĝon al homa sano; viskoza karbona sento Ĝi havas bonajn termoizolajn ecojn, estas relative mola post varma traktado, kaj malpli verŝajne produktas polvon. Tamen, la sekco de la viskoz-bazitaj fadenoj havas neregulan formon kaj ekzistas multaj interkrutejoj sur la fibrosurfaco, kiu estas facile formiĝi en la ĉeesto de oksigena atmosfero en Czochralski unukristala silicia forno. Gasoj kiel ekzemple CO2 kaŭzas la precipitaĵon de oksigeno kaj karbonaj elementoj en unukristalaj siliciaj materialoj. La ĉefaj produktantoj inkluzivas germanan SGL kaj aliajn kompaniojn. Nuntempe, tonalt-bazita karbon-sento estas la plej vaste uzata en la duonkondukta unukristala industrio, kaj ĝia termika izolado-agado estas pli bona ol tiu de glueca karbon-felto. Gum-bazita karbonsento estas malsupera, sed asfalt-bazita karbonsento havas pli altan purecon kaj pli malaltan polvan emision. Produktantoj inkludas Kureha Chemical de Japanio, Osaka Gas, ktp.
Ĉar la formo de la karbona sento ne estas fiksita, estas maloportune funkcii. Nun multaj kompanioj evoluigis novan termoizolan materialon bazitan sur karbona felto - resanigita karbona felto. Resanigita karbon felto ankaŭ estas nomita malmola felto. Ĝi estas karbona sento, kiu havas certan formon kaj mem-daŭripovon post esti trempita per rezino, lamenigita, solidigita kaj karbonigita.
La kreskokvalito de unukristala silicio estas rekte tuŝita de la termika kampa medio, kaj karbonfibraj izolaj materialoj ludas ŝlosilan rolon en ĉi tiu medio. Karbonfibro termika izolado mola felto ankoraŭ okupas signifan avantaĝon en la fotovoltaeca duonkondukta industrio pro ĝiaj kostaj avantaĝoj, bonega termika izolado efiko, fleksebla dezajno kaj agordebla formo. Krome, karbonfibro rigida izolado sento havos pli grandan lokon por disvolviĝo en la termokampa materiala merkato pro ĝia certa forto kaj pli alta operaco. Ni kompromitas esploradon kaj disvolviĝon en la kampo de termoizolaj materialoj kaj kontinue optimumigas produktan agadon por antaŭenigi la prosperon kaj disvolviĝon de la fotovoltaa duonkondukta industrio.
Afiŝtempo: majo-15-2024