Працэс росту монакрышталічнага крэмнія цалкам ажыццяўляецца ў цеплавым полі. Добрае цеплавое поле спрыяе паляпшэнню якасці крышталя і мае высокую эфектыўнасць крышталізацыі. Канструкцыя цеплавога поля ў значнай ступені вызначае змены і змены тэмпературных градыентаў у дынамічным цеплавым полі. Паток газу ў камеры печы і розніца ў матэрыялах, якія выкарыстоўваюцца ў цеплавым полі, непасрэдна вызначаюць тэрмін службы цеплавога поля. Неабгрунтавана распрацаванае цеплавое поле не толькі ўскладняе вырошчванне крышталяў, якія адпавядаюць патрабаванням якасці, але таксама не можа вырасціць поўныя монакрышталі пры пэўных патрабаваннях працэсу. Вось чаму індустрыя вытворчасці монакрышталічнага крэмнію Чахральскага разглядае праектаванне цеплавога поля як асноўную тэхналогію і ўкладвае велізарныя працоўныя і матэрыяльныя рэсурсы ў даследаванні і распрацоўку цеплавога поля.
Цеплавая сістэма складаецца з розных матэрыялаў цеплавога поля. Мы толькі коратка прадставім матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў цеплавой сферы. Што тычыцца размеркавання тэмпературы ў цеплавым полі і яго ўплыву на выцягванне крышталя, мы не будзем аналізаваць яго тут. Матэрыял цеплавога поля адносіцца да вакуумнай печы для росту крышталяў. Структурныя і цеплаізаляваныя часткі камеры, неабходныя для стварэння тканіны належнай тэмпературы вакол расплаву паўправадніка і крышталяў.
адзін. цеплавое поле канструкцыйных матэрыялаў
Асноўным апорным матэрыялам для вырошчвання монакрышталічнага крэмнію метадам Чахральскага з'яўляецца графіт высокай чысціні. Графітавыя матэрыялы гуляюць вельмі важную ролю ў сучаснай прамысловасці. Пры атрыманні монакрышталічнага крэмнію метадам Чахральскага іх можна выкарыстоўваць у якасці структурных кампанентаў цеплавога поля, такіх як награвальнікі, накіроўвалыя трубкі, тыглі, ізаляцыйныя трубкі і паддоны для тыгляў.
Матэрыял графіт быў абраны з-за яго лёгкасці падрыхтоўкі ў вялікіх аб'ёмах, тэхналагічнасці і высокай тэрмаўстойлівасці. Вуглярод у выглядзе алмаза або графіту мае больш высокую тэмпературу плаўлення, чым любы элемент або злучэнне. Графіт даволі трывалы, асабліва пры высокіх тэмпературах, і яго электрычная і цеплаправоднасць таксама даволі добрая. Яго электраправоднасць робіць яго прыдатным у якасці награвальніка, і ён мае здавальняючую цеплаправоднасць, якая можа раўнамерна размяркоўваць цяпло, якое выпрацоўваецца награвальнікам, у тыгель і іншыя часткі цеплавога поля. Аднак пры высокіх тэмпературах, асабліва на вялікіх адлегласцях, асноўным спосабам цеплаабмену з'яўляецца выпраменьванне.
Графітавыя дэталі першапачаткова фармуюцца шляхам экструзіі або ізастатычнага прэсавання дробных вугляродзістых часціц, змешаных са звязальным рэчывам. Высакаякасныя дэталі з графіту звычайна ізастатычна прэсуюць. Увесь кавалак спачатку карбанізуецца, а потым графітуецца пры вельмі высокіх тэмпературах, блізкіх да 3000°C. Дэталі, вырабленыя з гэтых маналітаў, часта ачышчаюць у атмасферы, якая змяшчае хлор, пры высокіх тэмпературах, каб выдаліць металічныя забруджвання, каб адпавядаць патрабаванням паўправадніковай прамысловасці. Аднак, нават пры належнай ачыстцы, узровень забруджвання металам на парадак вышэй, чым дапускаецца крэмніевым монакрышталічным матэрыялам. Такім чынам, трэба быць асцярожным пры распрацоўцы цеплавога поля, каб прадухіліць трапленне гэтых кампанентаў у расплав або паверхню крышталя.
Матэрыял з графіту злёгку пранікае, што дазваляе пакінутаму ўнутры металу лёгка дабрацца да паверхні. Акрамя таго, монааксід крэмнію, які прысутнічае ў ачышчальным газе вакол паверхні графіту, можа пранікаць глыбока ў большасць матэрыялаў і ўступаць у рэакцыю.
Раннія монакрышталічныя крамянёвыя награвальнікі вырабляліся з тугаплаўкіх металаў, такіх як вальфрам і малібдэн. Па меры сталення тэхналогіі апрацоўкі графіту электрычныя ўласцівасці злучэнняў паміж графітавымі кампанентамі становяцца стабільнымі, і награвальнікі з монакрышталічнага крэмнію цалкам замянілі вальфрам, малібдэн і іншыя награвальнікі. Найбольш шырока выкарыстоўваным графітавым матэрыялам у цяперашні час з'яўляецца ізастатычны графіт. semicera можа забяспечыць высокую якасць ізастатычна прэсаваных графітавых матэрыялаў.
У печах Чахральскага з монакрысталічнага крэмнію часам выкарыстоўваюцца кампазітныя матэрыялы C/C, якія цяпер выкарыстоўваюцца для вытворчасці нітаў, гаек, тыгляў, апорных пласцін і іншых кампанентаў. Кампазітныя матэрыялы вуглярод/вуглярод (c/c) - гэта кампазітныя матэрыялы на аснове вугляроду, армаваныя вугляродным валакном. Яны валодаюць высокай удзельнай трываласцю, высокім удзельным модулем, нізкім каэфіцыентам цеплавога пашырэння, добрай электраправоднасцю, вялікай трываласцю на разрыў, нізкай удзельнай масай, устойлівасцю да тэрмічнага ўдару, устойлівасцю да карозіі. Ён валодае шэрагам выдатных уласцівасцей, такіх як устойлівасць да высокіх тэмператур, і ў цяперашні час шырока распаўсюджаны выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай прамысловасці, гонках, біяматэрыялах і іншых галінах як новы тып канструкцыйнага матэрыялу, устойлівага да высокіх тэмператур. У цяперашні час асноўным вузкім месцам, з якім сутыкаюцца айчынныя кампазітныя матэрыялы C/C, з'яўляюцца пытанні кошту і індустрыялізацыі.
Ёсць шмат іншых матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца для стварэння цеплавых палёў. Армаваны вугляродным валакном графіт мае лепшыя механічныя ўласцівасці; аднак гэта даражэй і прад'яўляе іншыя патрабаванні да дызайну. Карбід крэмнію (SiC) з'яўляецца лепшым матэрыялам, чым графіт, у многіх адносінах, але гэта значна даражэй і складаней вырабляць дэталі вялікага аб'ёму. Тым не менш, SiC часта выкарыстоўваецца ў якасці CVD пакрыцця для падаўжэння тэрміну службы графітавых дэталяў, якія падвяргаюцца ўздзеянню агрэсіўнага газу монааксіду крэмнію, а таксама для памяншэння забруджвання ад графіту. Шчыльнае CVD-пакрыццё з карбіду крэмнію эфектыўна прадухіляе трапленне забруджванняў ўнутры мікрапорыстага графітавага матэрыялу на паверхню.
Іншы - вуглярод CVD, які таксама можа ўтвараць шчыльны пласт на графітавых дэталях. Іншыя матэрыялы, устойлівыя да высокіх тэмператур, такія як малібдэн або кераміка, сумяшчальныя з навакольным асяроддзем, могуць выкарыстоўвацца там, дзе няма рызыкі забруджвання расплаву. Аднак аксідная кераміка абмежавана прыдатная для прамога кантакту з графітавымі матэрыяламі пры высокіх тэмпературах, часта пакідаючы некалькі альтэрнатыў, калі патрабуецца ізаляцыя. Адным з іх з'яўляецца гексагональный нітрыд бору (часам яго называюць белым графітам з-за падобных уласцівасцяў), але ён мае дрэнныя механічныя ўласцівасці. Малібдэн, як правіла, мэтазгодны для прымянення пры высокіх тэмпературах з-за яго ўмеранага кошту, нізкай дыфузіі ў крышталях крэмнію і нізкага каэфіцыента сегрэгацыі, каля 5 × 108, што дазваляе некаторае забруджванне малібдэнам перад разбурэннем крышталічнай структуры.
два. Цеплаізаляцыйныя матэрыялы
Найбольш часта выкарыстоўваным ізаляцыйным матэрыялам з'яўляецца вугляродны лямец у розных формах. Вугляродны лямец зроблены з тонкіх валокнаў, якія дзейнічаюць як цеплаізаляцыя, таму што яны шмат разоў блакуюць цеплавое выпраменьванне на невялікай адлегласці. Мяккі вугляродны лямец сплятаецца ў адносна тонкія лісты матэрыялу, якія затым наразаюцца ў патрэбнай форме і шчыльна згінаюцца да разумнага радыусу. Зацвярдзелы лямец складаецца з падобных валаконных матэрыялаў з выкарыстаннем вугляродзмяшчальнага злучнага для злучэння дысперсных валокнаў у больш трывалы і стыльны аб'ект. Выкарыстанне хімічнага нанясення вугляроду з паравай фазы замест звязальных можа палепшыць механічныя ўласцівасці матэрыялу.
Як правіла, знешняя паверхня ізаляцыйнага отвержденного лямца пакрываецца суцэльным графітавым пакрыццём або фальгой для памяншэння эрозіі і зносу, а таксама забруджвання часціцамі. Існуюць і іншыя віды ізаляцыйных матэрыялаў на аснове вугляроду, напрыклад вугляродная пена. Увогуле, графітаваныя матэрыялы відавочна пераважней, таму што графітызацыі значна памяншае плошчу паверхні валакна. Гэтыя матэрыялы з вялікай плошчай паверхні забяспечваюць значна меншы газаўтварэнне і займаюць менш часу, каб уцягнуць у печ належны вакуум. Іншы тып - кампазітны матэрыял C/C, які валодае выдатнымі характарыстыкамі, такімі як лёгкі вага, высокая ўстойлівасць да пашкоджанняў і высокая трываласць. Выкарыстоўваецца ў цеплавых палях для замены графітавых дэталяў, што значна зніжае частату замены графітавых дэталяў і паляпшае якасць монакрышталя і стабільнасць вытворчасці.
У адпаведнасці з класіфікацыяй сыравіны вугляродны лямец можна падзяліць на вугляродны лямец на аснове поліакрыланітрылу, вугляродны лямец на аснове віскозы і вугляродны лямец на аснове асфальту.
Вугляродны лямец на аснове поліакрыланітрылу адрозніваецца вялікай зольнасцю, а пасля апрацоўкі пры высокай тэмпературы мононити становяцца далікатнымі. Падчас працы лёгка ўтвараецца пыл, які забруджвае навакольнае асяроддзе печы. Пры гэтым валакна лёгка пранікаюць у пары і дыхальныя шляхі чалавека, наносячы шкоду здароўю чалавека; вугляродны лямец на аснове віскозы. Ён валодае добрымі цеплаізаляцыйнымі ўласцівасцямі, адносна мяккі пасля тэрмічнай апрацоўкі і менш пыліць. Аднак папярочны перасек нітак на аснове віскозы мае няправільную форму і на паверхні валакна шмат лагчын, якія лёгка ўтварыць у прысутнасці акісляльнай атмасферы ў монакрысталічнай крэмніевай печы Чахральскага. Такія газы, як CO2, выклікаюць выпадзенне кіслароду і вугляроду ў монакрысталічных крэмніевых матэрыялах. Сярод асноўных вытворцаў - нямецкая SGL і іншыя кампаніі. У цяперашні час вугляродны лямец на аснове смалы найбольш шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці паўправадніковых монакрышталяў, і яго цеплаізаляцыйныя характарыстыкі лепш, чым у клейкага вугляроднага лямца. Вугляродны лямец на аснове гумкі саступае, але вугляродны лямец на аснове асфальту мае больш высокую чысціню і меншае выкід пылу. Вытворцы ўключаюць японскую Kureha Chemical, Osaka Gas і інш.
Паколькі форма вугляроднага лямца не з'яўляецца фіксаванай, працаваць з ім нязручна. Зараз многія кампаніі распрацавалі новы цеплаізаляцыйны матэрыял на аснове вугляроднага лямца - вулканізаваны вугляродны лямец. Зацвярдзелы вугляродны лямец таксама называюць цвёрдым лямцом. Гэта вугляродны лямец, які мае пэўную форму і самастойнасць пасля насычэння смалой, ламінавання, зацвярдзення і карбанізацыі.
На якасць росту монакрышталічнага крэмнію непасрэдна ўплывае асяроддзе цеплавога поля, і ізаляцыйныя матэрыялы з вугляроднага валакна гуляюць ключавую ролю ў гэтым асяроддзі. Цеплаізаляцыя з вугляроднага валакна з мяккага лямца па-ранейшаму займае значныя перавагі ў прамысловасці фотаэлектрычных паўправаднікоў дзякуючы перавагам у кошце, выдатным цеплаізаляцыйным эфектам, гнуткай канструкцыі і наладжвальнай форме. Акрамя таго, цвёрды ізаляцыйны лямец з вугляроднага валакна будзе мець больш магчымасцей для развіцця на рынку матэрыялаў для цеплавога поля з-за яго пэўнай трываласці і большай працаздольнасці. Мы імкнемся да даследаванняў і распрацовак у галіне цеплаізаляцыйных матэрыялаў і пастаянна аптымізуем прадукцыйнасць прадукцыі, каб спрыяць росквіту і развіццю прамысловасці фотаэлектрычных паўправаднікоў.
Час публікацыі: 15 мая 2024 г