دراسة حالة: مكونات جرافيت عالية النقاء للحقول الحرارية أحادية البلورة مقاس 32 بوصة في نمو السيليكون من النوع N

مقدمة: تحدي المجال الحراري ذو الـ 32 بوصة في نمو السيليكون من النوع N عالي الكفاءة

مع التحول السريع لصناعة الخلايا الكهروضوئية من خلايا PERC من النوع P إلى خلايا TOPCon وخلايا الوصلات غير المتجانسة من النوع N، ارتفع الطلب على رقائق السيليكون عالية النقاء بشكل كبير. تتطلب ركائز السيليكون من النوع N عمرًا طويلًا للغاية لحاملات الشحنة الثانوية (عادةً >300 ميكروثانية) وتلوثًا شبه معدوم بشوائب المعادن الانتقالية.

لزيادة الإنتاجية، يقوم مصنّعو رقائق السيليكون بتوسيع أحجام البوتقات إلى 32 بوصة وما فوق. ومع ذلك، فإن التشغيل في درجات حرارة تتجاوز 1450 درجة مئوية في مجال حراري بحجم 32 بوصة يطرح تحديات هندسية بالغة.

1. التدهور الحراري وعدم التماثل:تتسبب التدرجات الحرارية الهائلة في حدوث تشوه هيكلي وتشققات في سخانات الجرافيت القياسية وقواعدها.
2. التلوث بالمعادن المتطايرة:تتبخر العناصر الشائبة النزرة (Fe، Ni، Cu، V) الموجودة داخل الجرافيت التقليدي أثناء سحب البلورات لفترات طويلة، وتهاجر مباشرة إلى السيليكون المنصهر وتسبب تدهورًا شديدًا في عمر حاملات الشحنة الأقلية.

الحل الهندسي: جرافيت متساوي الضغط فائق النقاء ودرع من كربيد السيليكون المترسب كيميائياً من البخار

للتغلب على هذه المعوقات التقنية، قامت شركة VeTek Semiconductor بتطبيق ترقية شاملة للمواد عبر مجموعة المجال الحراري بأكملها مقاس 32 بوصة، والتي تتكون من جرافيت متساوي الضغط عالي الكثافة يخضع لتنقية الهالوجين بدرجة حرارة عالية وطلاءات واقية من كربيد السيليكون (SiC) بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD).

1. تنقية عميقة بالهالوجين (محتوى الرماد ≤ 2-5 جزء في المليون)

يحتوي الجرافيت الصناعي القياسي على نسبة رماد تتراوح بين 50 و200 جزء في المليون. عند درجة حرارة 1450 درجة مئوية تحت الفراغ، تتطاير هذه العناصر النزرة. تعمل عملية تنقية غاز الهالوجين عالية الحرارة الخاصة بنا على تحويل الشوائب المعدنية إلى مركبات هالوجينية متطايرة (كلوريدات/فلوريدات) عند درجات حرارة أعلى من 2400 درجة مئوية.

• اختبار مطياف الكتلة بالتفريغ المتوهج (GDMS)يتحقق من أن إجمالي الشوائب المعدنية (Fe، Cr، Ni، Cu، V) يتم تقليلها إلى أقل من 0.5 جزء في المليون، مما يحقق محتوى رماد إجمالي ≤ 2 جزء في المليون.
• نتيجة:يقضي على انبعاث الغاز المعدني الخلفي، مما يحمي حوض السيليكون المنصهر من التلوث خلال أكثر من 120 ساعة من دورات السحب المستمرة.

2. بنية جرافيت متساوية الضغط عالية الكثافة لتحقيق الاستقرار الحراري

تُصنع المكونات، بما في ذلك سخان الجرافيت، وحامل البوتقة، وأسطوانة العزل، من جرافيت عالي الكثافة (1.85 جم/سم³) ذي حبيبات دقيقة (حجم الحبيبات <10 ميكرومتر) بتقنية الضغط المتساوي. يضمن الضغط المتساوي تمددًا حراريًا متجانسًا، مما يمنع الإجهاد الحراري الموضعي، والتشوه، والتشقق الميكانيكي تحت تأثير دورات حرارية متكررة.

3. طبقة واقية من كربيد السيليكون (SiC) بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)

يتم طلاء المكونات الحرجة المعرضة لبخار السيليكون وغازات التطهير المسببة للتآكل بطبقة كثيفة من كربيد السيليكون (SiC) بسمك 50-80 ميكرومتر بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD).

• حاجز التآكل:يمنع التفاعل الكيميائي المباشر بين بخار السيليكون المتطاير (SiO) وركيزة الجرافيت (SiO + 2C → SiC + CO)، مما يؤدي إلى القضاء على تآكل السطح وتوليد غبار الكربون.
• الدقة الهندسية:يحافظ على هندسة المجال الحراري بدقة لأكثر من 30% فترات خدمة أطول.

بيانات الأداء المقاسة والتحقق من صحة التجارب الميدانية

أُجريت تجربة ميدانية مقارنة لمدة ستة أشهر على 50 فرنًا من أفران تشوخرالسكي (CZ) بحجم 32 بوصة، ضمن منشأة تصنيع رقائق السيليكون TOPCon من الفئة الأولى. فيما يلي معيار الأداء الذي يقارن مكونات الجرافيت القياسية بحل المجال الحراري المُنقّى من شركة VeTek Semiconductor:

الأسئلة الشائعة (FAQ)

الخلاصة والاستشارة الفنية

يُتيح استخدام مكونات الجرافيت المتساوي الضغط فائقة النقاء مع حماية كربيد السيليكون بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) مسارًا مباشرًا وقابلًا للقياس لحلّ مشكلات الإنتاجية والشوائب في نمو رقائق السيليكون أحادية البلورة من النوع N بقياس 32 بوصة. وبفضل تحسين الإنتاجية الأولية بنسبة 18% وزيادة عمر المجال الحراري بنسبة 30%، يُمكن لمصنّعي رقائق السيليكون الشمسية تحقيق عائد استثمار كبير.