Vækstprocessen af enkeltkrystalsilicium udføres fuldstændigt i det termiske felt.Et godt termisk felt er befordrende for at forbedre krystalkvaliteten og har høj krystallisationseffektivitet.Udformningen af det termiske felt bestemmer i høj grad ændringerne og ændringerne i temperaturgradienter i det dynamiske termiske felt.Strømmen af gas i ovnkammeret og forskellen i materialer, der anvendes i det termiske felt, bestemmer direkte levetiden for det termiske felt.Et urimeligt designet termisk felt gør det ikke kun vanskeligt at dyrke krystaller, der opfylder kvalitetskrav, men kan heller ikke dyrke komplette enkeltkrystaller under visse proceskrav.Dette er grunden til, at den monokrystallinske siliciumindustri i Czochralski betragter termisk feltdesign som kerneteknologien og investerer enorme arbejdskraft og materielle ressourcer i termisk feltforskning og -udvikling.
Det termiske system er sammensat af forskellige termiske feltmaterialer.Vi vil kun kort introducere de materialer, der anvendes i det termiske område.Hvad angår temperaturfordelingen i det termiske felt og dens indvirkning på krystaltræk, vil vi ikke analysere det her.Det termiske feltmateriale refererer til krystalvækstvakuumovnen.Strukturelle og termisk isolerede dele af kammeret, som er essentielle for at skabe den korrekte temperaturklud omkring halvledersmelten og krystallerne.
en.termiske feltstrukturmaterialer
Det grundlæggende støttemateriale til dyrkning af enkeltkrystalsilicium ved Czochralski-metoden er grafit med høj renhed.Grafitmaterialer spiller en meget vigtig rolle i moderne industri.Ved fremstilling af enkeltkrystalsilicium ved Czochralski-metoden kan de bruges som termiske feltstrukturkomponenter såsom varmelegemer, styrerør, digler, isoleringsrør og digelbakker.
Grafitmateriale blev valgt på grund af dets lette fremstilling i store mængder, bearbejdelighed og højtemperaturbestandighedsegenskaber.Kulstof i form af diamant eller grafit har et højere smeltepunkt end noget element eller forbindelse.Grafitmateriale er ret stærkt, især ved høje temperaturer, og dets elektriske og termiske ledningsevne er også ret god.Dens elektriske ledningsevne gør den velegnet som varmelegememateriale, og den har en tilfredsstillende termisk ledningsevne, der jævnt kan fordele den varme, der genereres af varmeren, til diglen og andre dele af det termiske felt.Men ved høje temperaturer, især over lange afstande, er den primære varmeoverførsel stråling.
Grafitdele dannes i starten ved ekstrudering eller isostatisk presning af fine kulholdige partikler blandet med et bindemiddel.Grafitdele af høj kvalitet presses normalt isostatisk.Hele stykket carboniseres først og grafitiseres derefter ved meget høje temperaturer, tæt på 3000°C.Dele fremstillet af disse monolitter renses ofte i en klorholdig atmosfære ved høje temperaturer for at fjerne metalforurening for at overholde halvlederindustriens krav.Men selv med korrekt rensning er metalforureningsniveauer størrelsesordener højere end tilladt af siliciumenkeltkrystalmaterialer.Derfor skal der udvises forsigtighed i termisk feltdesign for at forhindre forurening af disse komponenter i at trænge ind i smelte- eller krystaloverfladen.
Grafitmaterialet er let gennemtrængeligt, hvilket gør det muligt for resterende metal indeni nemt at nå overfladen.Derudover kan siliciummonoxidet, der er til stede i rensegassen omkring grafitoverfladen, trænge dybt ind i de fleste materialer og reagere.
Tidlige enkeltkrystal siliciumovnvarmere blev lavet af ildfaste metaller såsom wolfram og molybdæn.Efterhånden som grafitbehandlingsteknologien modnes, bliver de elektriske egenskaber af forbindelserne mellem grafitkomponenter stabile, og enkeltkrystal siliciumovnvarmere har fuldstændig erstattet wolfram og molybdæn og andre materialevarmere.Det mest udbredte grafitmateriale på nuværende tidspunkt er isostatisk grafit.semicera kan levere isostatisk pressede grafitmaterialer af høj kvalitet.
I Czochralski enkeltkrystal siliciumovne bruges C/C kompositmaterialer nogle gange, og de bliver nu brugt til at fremstille bolte, møtrikker, digler, bærende plader og andre komponenter.Kulstof/kulstof (c/c) kompositmaterialer er kulfiberforstærkede kulstofbaserede kompositmaterialer.De har høj specifik styrke, højt specifikt modul, lav termisk ekspansionskoefficient, god elektrisk ledningsevne, stor brudsejhed, lav vægtfylde, termisk stødmodstand, korrosionsbestandighed, Det har en række fremragende egenskaber såsom høj temperaturbestandighed og er i øjeblikket bredt bruges i rumfart, væddeløb, biomaterialer og andre områder som en ny type højtemperaturbestandigt konstruktionsmateriale.På nuværende tidspunkt er den største flaskehals, som indenlandske C/C-kompositmaterialer støder på, omkostninger og industrialiseringsproblemer.
Der er mange andre materialer, der bruges til at skabe termiske felter.Kulfiberforstærket grafit har bedre mekaniske egenskaber;det er dog dyrere og stiller andre designkrav.Siliciumcarbid (SiC) er et bedre materiale end grafit på mange måder, men det er meget dyrere og vanskeligt at fremstille store dele.Imidlertid bruges SiC ofte som en CVD-belægning for at øge levetiden af grafitdele, der udsættes for aggressiv siliciummonoxidgas, og også for at reducere forurening fra grafit.Den tætte CVD-siliciumcarbidbelægning forhindrer effektivt forurenende stoffer inde i det mikroporøse grafitmateriale i at nå overfladen.
Den anden er CVD carbon, som også kan danne et tæt lag ovenpå grafitdele.Andre højtemperaturbestandige materialer, såsom molybdæn eller keramiske materialer, der er forenelige med miljøet, kan anvendes, hvor der ikke er risiko for forurening af smelten.Imidlertid har oxidkeramik begrænset egnethed til direkte kontakt med grafitmaterialer ved høje temperaturer, hvilket ofte efterlader få alternativer, hvis isolering er påkrævet.Den ene er hexagonal bornitrid (nogle gange kaldet hvid grafit på grund af lignende egenskaber), men det har dårlige mekaniske egenskaber.Molybdæn er generelt rimeligt til anvendelser ved høje temperaturer på grund af dets moderate omkostninger, lave diffusivitet i siliciumkrystaller og lave segregationskoefficient, omkring 5 × 108, hvilket tillader en vis molybdænforurening før ødelæggelse af krystalstrukturen.
to.Termiske feltisoleringsmaterialer
Det mest brugte isoleringsmateriale er kulfilt i forskellige former.Kulfilt er lavet af tynde fibre, der fungerer som termisk isolering, fordi de blokerer for termisk stråling mange gange over en kort afstand.Blød kulfilt væves ind i relativt tynde plader af materiale, som derefter skæres i den ønskede form og bøjes stramt til en rimelig radius.Hærdet filt er sammensat af lignende fibermaterialer, der bruger et kulstofholdigt bindemiddel til at forbinde de spredte fibre til en mere solid og stilfuld genstand.Brug af kemisk dampaflejring af kulstof i stedet for bindemidler kan forbedre materialets mekaniske egenskaber.
Typisk er den ydre overflade af isolerende hærdet filt belagt med en kontinuerlig grafitbelægning eller -folie for at reducere erosion og slid samt partikelforurening.Der findes også andre typer kulstofbaserede isoleringsmaterialer, såsom kulstofskum.Generelt foretrækkes grafitiserede materialer klart, fordi grafitisering i høj grad reducerer fiberens overfladeareal.Disse materialer med stort overfladeareal tillader meget mindre udgasning og tager mindre tid at trække ovnen til et ordentligt vakuum.Den anden type er C/C kompositmateriale, som har enestående egenskaber såsom let vægt, høj skadetolerance og høj styrke.Anvendes i termiske områder til at udskifte grafitdele, hvilket væsentligt reducerer udskiftningsfrekvensen af grafitdele og forbedrer enkeltkrystalkvalitet og produktionsstabilitet.
I henhold til klassificeringen af råmaterialer kan kulstoffilt opdeles i polyacrylonitrilbaseret kulfilt, viskosebaseret kulfilt og asfaltbaseret kulstoffilt.
Polyacrylonitril-baseret kulfilt har et stort askeindhold, og monofilamenterne bliver skøre efter højtemperaturbehandling.Under drift produceres der let støv for at forurene ovnmiljøet.Samtidig kommer fibrene let ind i menneskelige porer og luftveje, hvilket forårsager skade på menneskers sundhed;viskosebaseret kulfilt Det har gode varmeisolerende egenskaber, er relativt blødt efter varmebehandling og er mindre tilbøjeligt til at producere støv.Tværsnittet af de viskosebaserede tråde har dog en uregelmæssig form, og der er mange kløfter på fiberoverfladen, som er let at danne i nærvær af en oxiderende atmosfære i en Czochralski enkeltkrystal siliciumovn.Gasser som CO2 forårsager udfældning af ilt og kulstofelementer i enkeltkrystal siliciummaterialer.De vigtigste producenter omfatter tyske SGL og andre virksomheder.På nuværende tidspunkt er pitch-baseret carbonfilt den mest udbredte i halvleder-enkeltkrystalindustrien, og dens termiske isoleringsevne er bedre end klæbrig carbonfilt.Gummibaseret kulfilt er ringere, men asfaltbaseret kulfilt har højere renhed og lavere støvemission.Producenter omfatter Japans Kureha Chemical, Osaka Gas osv.
Da formen af kulfilten ikke er fast, er den ubelejlig at betjene.Nu har mange virksomheder udviklet et nyt varmeisoleringsmateriale baseret på kulfilt - hærdet kulfilt.Hærdet kulfilt kaldes også hård filt.Det er en carbonfilt, der har en vis form og selvbæredygtighed efter at være imprægneret med harpiks, lamineret, størknet og carboniseret.
Vækstkvaliteten af enkeltkrystalsilicium påvirkes direkte af det termiske feltmiljø, og kulfiberisoleringsmaterialer spiller en nøglerolle i dette miljø.Kulfiber termisk isolering blød filt indtager stadig en betydelig fordel i den fotovoltaiske halvlederindustri på grund af dens omkostningsfordele, fremragende termisk isoleringseffekt, fleksibelt design og tilpasselig form.Derudover vil kulfiber stiv isoleringsfilt have større plads til udvikling på markedet for termiske feltmaterialer på grund af dets visse styrke og højere funktionsevne.Vi er forpligtet til forskning og udvikling inden for termiske isoleringsmaterialer og optimerer løbende produktets ydeevne for at fremme velstanden og udviklingen af den fotovoltaiske halvlederindustri.
Indlægstid: 15. maj 2024