Monokristal silikonun böyümə prosesi tamamilə istilik sahəsində həyata keçirilir. Yaxşı bir istilik sahəsi kristalların keyfiyyətinin yaxşılaşdırılmasına kömək edir və daha yüksək kristallaşma səmərəliliyinə malikdir. İstilik sahəsinin dizaynı əsasən dinamik istilik sahəsindəki temperatur qradiyentlərindəki dəyişiklikləri və soba kamerasındakı qaz axınını müəyyən edir. İstilik sahəsində istifadə olunan materiallardakı fərq istilik sahəsinin xidmət müddətini birbaşa müəyyən edir. Əsassız bir istilik sahəsi yalnız keyfiyyət tələblərinə cavab verən kristallar yetişdirməkdə çətinlik çəkmir, həm də müəyyən proses tələbləri altında tam monokristal yetişdirə bilmir. Buna görə birbaşa çəkmə monokristal silikon sənayesi istilik sahəsinin dizaynını ən əsas texnologiya hesab edir və istilik sahəsinin tədqiqat və inkişafına böyük işçi qüvvəsi və material resursları yatırır.
İstilik sistemi müxtəlif istilik sahəsi materiallarından ibarətdir. İstilik sahəsində istifadə olunan materialları yalnız qısaca təqdim edirik. İstilik sahəsindəki temperatur paylanmasına və onun kristal dartılmasına təsirinə gəldikdə, burada onu təhlil etməyəcəyik. İstilik sahəsi materialı, yarımkeçirici ərimə və kristal ətrafında müvafiq temperatur paylanması yaratmaq üçün vacib olan vakuum sobası kamerasındakı kristal böyüməsinin quruluşuna və istilik izolyasiya hissəsinə aiddir.
1. İstilik sahəsinin struktur materialı
Monokristal silikon yetişdirmək üçün birbaşa çəkmə üsulu üçün əsas dəstəkləyici material yüksək təmizlikli qrafitdir. Qrafit materialları müasir sənayedə çox vacib rol oynayır. Onlar istilik sahəsinin struktur komponentləri kimi istifadə edilə bilər, məsələnqızdırıcılar, istiqamətləndirici borular, çarmıxlarÇozralski metodu ilə monokristal silisiumun hazırlanmasında izolyasiya boruları, tiyə qabları və s.
Qrafit materiallarıböyük həcmdə hazırlanması asan, emal edilə bilən və yüksək temperaturlara davamlı olduqları üçün seçilir. Almaz və ya qrafit şəklində olan karbon istənilən element və ya birləşmədən daha yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir. Qrafit materialları, xüsusən də yüksək temperaturda olduqca möhkəmdir və onların elektrik və istilik keçiriciliyi də olduqca yaxşıdır. Elektrik keçiriciliyi onu uyğun edir.qızdırıcımaterial. Qızdırıcının yaratdığı istiliyin ocağa və istilik sahəsinin digər hissələrinə bərabər paylanmasına imkan verən qənaətbəxş istilik keçiriciliyi əmsalına malikdir. Lakin, yüksək temperaturda, xüsusən də uzun məsafələrdə əsas istilik ötürmə rejimi radiasiyadır.
Qrafit hissələri əvvəlcə bağlayıcı ilə qarışdırılmış və ekstruziya və ya izostatik presləmə yolu ilə əmələ gələn incə karbon hissəciklərindən hazırlanır. Yüksək keyfiyyətli qrafit hissələri adətən izostatik preslənir. Bütün hissə əvvəlcə karbonlaşdırılır və sonra çox yüksək temperaturda, təxminən 3000°C-də qrafitləşdirilir. Bu bütöv hissələrdən emal edilən hissələr adətən yarımkeçirici sənayesinin tələblərinə cavab vermək üçün metal çirklənməsini aradan qaldırmaq üçün yüksək temperaturda xlor tərkibli atmosferdə təmizlənir. Lakin, düzgün təmizlənmədən sonra belə, metal çirklənməsinin səviyyəsi silikon monokristal materiallar üçün icazə veriləndən bir neçə dəfə yüksəkdir. Buna görə də, bu komponentlərin çirklənməsinin əriməyə və ya kristal səthinə daxil olmasının qarşısını almaq üçün istilik sahəsinin dizaynında diqqətli olmaq lazımdır.
Qrafit materialları bir qədər keçiricidir və bu da içərisində qalan metalın səthə çatmasını asanlaşdırır. Bundan əlavə, qrafit səthinin ətrafındakı təmizləyici qazda mövcud olan silikon monoksit əksər materiallara nüfuz edə və reaksiyaya girə bilər.
İlk monokristal silikon soba qızdırıcıları volfram və molibden kimi odadavamlı metallardan hazırlanırdı. Qrafit emalı texnologiyasının artan yetkinliyi ilə qrafit komponentləri arasındakı əlaqənin elektrik xüsusiyyətləri sabitləşdi və monokristal silikon soba qızdırıcıları volfram, molibden və digər material qızdırıcılarını tamamilə əvəz etdi. Hazırda ən çox istifadə edilən qrafit materialı izostatik qrafitdir. Ölkəmin izostatik qrafit hazırlama texnologiyası nisbətən geridə qalıb və yerli fotovoltaik sənayesində istifadə olunan qrafit materiallarının əksəriyyəti xaricdən idxal olunur. Xarici izostatik qrafit istehsalçıları əsasən Almaniyanın SGL, Yaponiyanın Tokai Carbon, Yaponiyanın Toyo Tanso və s. şirkətlərini əhatə edir. Czochralski monokristal silikon sobalarında bəzən C/C kompozit materialları istifadə olunur və onlar boltlar, qaykalar, çubuqlar, yük lövhələri və digər komponentlər istehsalında istifadə olunmağa başlanıb. Karbon/karbon (C/C) kompozitləri yüksək xüsusi möhkəmlik, yüksək xüsusi modul, aşağı istilik genişlənmə əmsalı, yaxşı elektrik keçiriciliyi, yüksək sınıq möhkəmliyi, aşağı xüsusi çəkisi, istilik zərbəsinə davamlılıq, korroziyaya davamlılıq və yüksək temperatur müqaviməti kimi bir sıra əla xüsusiyyətlərə malik karbon lifli gücləndirilmiş karbon əsaslı kompozitlərdir. Hazırda onlar aerokosmik, yarış, biomateriallar və digər sahələrdə yeni yüksək temperatura davamlı struktur materialları kimi geniş istifadə olunur. Hazırda yerli C/C kompozitlərinin qarşılaşdığı əsas maneələr hələ də qiymət və sənayeləşmə məsələləridir.
Termal sahələrin hazırlanması üçün bir çox başqa materiallardan istifadə olunur. Karbon liflə möhkəmləndirilmiş qrafit daha yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir; lakin daha bahalıdır və dizayn üçün digər tələblərə malikdir.Silisium karbid (SiC)bir çox cəhətdən qrafitdən daha yaxşı bir materialdır, lakin daha bahalıdır və böyük həcmli hissələri hazırlamaq çətindir. Bununla belə, SiC tez-tez istifadə olunurCVD örtüyüKorroziyaya uğrayan silikon monoksit qazına məruz qalan qrafit hissələrinin ömrünü artırmaq və həmçinin qrafitdən çirklənməni azaltmaq üçün istifadə olunur. Sıx CVD silikon karbid örtüyü mikroməsaməli qrafit materialının içərisindəki çirkləndiricilərin səthə çatmasının qarşısını effektiv şəkildə alır.
Digəri isə qrafit hissəsinin üzərində sıx bir təbəqə yarada bilən CVD karbonudur. Ətraf mühitlə birlikdə mövcud ola bilən molibden və ya keramika materialları kimi digər yüksək temperatura davamlı materiallar ərimənin çirklənmə riski olmadığı yerlərdə istifadə edilə bilər. Lakin, oksid keramikaları ümumiyyətlə yüksək temperaturda qrafit materiallarına tətbiq olunma baxımından məhduddur və izolyasiya tələb olunarsa, başqa seçimlər azdır. Biri altıbucaqlı bor nitrididir (bəzən oxşar xüsusiyyətlərinə görə ağ qrafit adlanır), lakin mexaniki xüsusiyyətləri zəifdir. Molibden, orta qiyməti, silikon kristallarında aşağı diffuziya sürəti və kristal quruluşunu məhv etməzdən əvvəl müəyyən miqdarda molibden çirklənməsinə imkan verən təxminən 5×108 çox aşağı seqreqasiya əmsalı səbəbindən ümumiyyətlə yüksək temperatur vəziyyətləri üçün münasib şəkildə istifadə olunur.
2. İstilik izolyasiya materialları
Ən çox istifadə edilən izolyasiya materialı müxtəlif formalarda olan karbon keçəsidir. Karbon keçəsi nazik liflərdən hazırlanır və onlar istilik radiasiyasını qısa məsafədə dəfələrlə blokladıqları üçün izolyasiya rolunu oynayır. Yumşaq karbon keçəsi nisbətən nazik material təbəqələrinə toxunur, sonra onlar istənilən formaya kəsilir və ağlabatan bir radiusda möhkəm bükülür. Bərkimiş keçələr oxşar lif materiallarından ibarətdir və dağılmış lifləri daha möhkəm və formalı bir cisimə birləşdirmək üçün karbon tərkibli bağlayıcı istifadə olunur. Bağlayıcı əvəzinə karbonun kimyəvi buxar çöküntüsünün istifadəsi materialın mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər.
Adətən, istilik izolyasiyasının bərkimə hissəsinin xarici səthi eroziyanı və aşınmanı, eləcə də hissəcik çirklənməsini azaltmaq üçün davamlı qrafit örtük və ya folqa ilə örtülür. Karbon köpüyü kimi digər karbon əsaslı istilik izolyasiya materialları da mövcuddur. Ümumiyyətlə, qrafitləşdirilmiş materiallara üstünlük verilir, çünki qrafitləşmə lifin səth sahəsini xeyli azaldır. Bu yüksək səth sahəsinə malik materialların qazlaşması xeyli azalır və sobanı uyğun bir vakuuma pompalamaq daha az vaxt aparır. Digəri isə yüngül çəki, yüksək zədələnməyə davamlılıq və yüksək möhkəmlik kimi üstün xüsusiyyətlərə malik C/C kompozit materialdır. Qrafit hissələrini əvəz etmək üçün istilik sahələrində istifadə qrafit hissələrinin dəyişdirilməsi tezliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, monokristal keyfiyyətini və istehsal sabitliyini artırır.
Xammal təsnifatına görə, karbon keçəsi poliakrilonitril əsaslı karbon keçə, viskoza əsaslı karbon keçə və qatran əsaslı karbon keçəyə bölünə bilər.
Poliakrilonitril əsaslı karbon keçəsinin kül tərkibi yüksəkdir. Yüksək temperaturda işləndikdən sonra tək lif kövrək olur. İşləmə zamanı soba mühitini çirkləndirmək üçün toz əmələ gəlməsi asandır. Eyni zamanda, lif insan bədəninin məsamələrinə və tənəffüs yollarına asanlıqla daxil ola bilər ki, bu da insan sağlamlığına zərərlidir. Viskoz əsaslı karbon keçə yaxşı istilik izolyasiyası göstəricisinə malikdir. İstilik emalından sonra nisbətən yumşaqdır və toz əmələ gətirmək asan deyil. Lakin, viskoz əsaslı xam lifin en kəsiyi nizamsızdır və lif səthində bir çox yiv var. CZ silikon sobasının oksidləşdirici atmosferi altında C02 kimi qazlar əmələ gəlməsi asandır ki, bu da monokristal silikon materialında oksigen və karbon elementlərinin çökməsinə səbəb olur. Əsas istehsalçılar arasında Alman SGL və digər şirkətlər var. Hazırda yarımkeçirici monokristal sənayesində ən çox istifadə edilən qatran əsaslı karbon keçəsidir ki, bu da viskoz əsaslı karbon keçəsindən daha pis istilik izolyasiyası göstəricisinə malikdir, lakin qatran əsaslı karbon keçə daha yüksək təmizliyə və daha aşağı toz emissiyasına malikdir. İstehsalçılara Yaponiyanın Kureha Chemical və Osaka Gas daxildir.
Karbon keçənin forması sabit olmadığı üçün istifadəsi əlverişsizdir. İndi bir çox şirkət karbon keçə ilə bərkidilmiş karbon keçəyə əsaslanan yeni istilik izolyasiya materialı hazırlayıb. Bərk keçə də adlandırılan bərkidilmiş karbon keçə, yumşaq keçə qətranla hopdurulduqdan, laminasiya edildikdən, bərkidildikdən və karbonlaşdırıldıqdan sonra müəyyən bir formaya və özünü təmin edən xüsusiyyətə malik karbon keçədir.
Monokristal silikonun böyümə keyfiyyəti birbaşa istilik mühitindən təsirlənir və karbon lifli istilik izolyasiya materialları bu mühitdə əsas rol oynayır. Karbon lifli istilik izolyasiyası yumşaq keçəsi, qiymət üstünlüyü, əla istilik izolyasiya effekti, çevik dizaynı və fərdiləşdirilə bilən forması sayəsində fotovoltaik yarımkeçiricilər sənayesində hələ də əhəmiyyətli bir üstünlüyə malikdir. Bundan əlavə, karbon lifli sərt istilik izolyasiyası keçəsi müəyyən möhkəmliyi və daha yüksək işləkliyi sayəsində istilik sahəsi material bazarında daha böyük inkişaf sahəsinə sahib olacaq. Biz istilik izolyasiya materialları sahəsində tədqiqat və inkişafa sadiqik və fotovoltaik yarımkeçiricilər sənayesinin çiçəklənməsini və inkişafını təşviq etmək üçün məhsul performansını davamlı olaraq optimallaşdırırıq.
Yazı vaxtı: 12 iyun 2024