মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন বৃদ্ধির মান নির্ধারণকারী গুরুত্বপূর্ণ উপকরণ - তাপ ক্ষেত্র

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধি প্রক্রিয়া সম্পূর্ণরূপে তাপ ক্ষেত্রে সম্পন্ন হয়। একটি ভালো তাপ ক্ষেত্র স্ফটিকের গুণমান উন্নত করতে সহায়ক এবং এর স্ফটিকীকরণ দক্ষতাও বেশি। তাপ ক্ষেত্রের নকশা মূলত গতিশীল তাপ ক্ষেত্রের তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্টের পরিবর্তন এবং ফার্নেস চেম্বারে গ্যাসের প্রবাহ নির্ধারণ করে। তাপ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত উপকরণের পার্থক্য সরাসরি তাপ ক্ষেত্রের পরিষেবা জীবন নির্ধারণ করে। একটি অযৌক্তিক তাপ ক্ষেত্র কেবল মানের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে এমন স্ফটিক বৃদ্ধি করা কঠিন নয়, তবে নির্দিষ্ট প্রক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তার অধীনে সম্পূর্ণ মনোক্রিস্টালাইন বৃদ্ধি করতে পারে না। এই কারণেই ডাইরেক্ট-পুল মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন শিল্প তাপ ক্ষেত্র নকশাকে সবচেয়ে মূল প্রযুক্তি হিসাবে বিবেচনা করে এবং তাপ ক্ষেত্র গবেষণা এবং উন্নয়নে বিশাল জনবল এবং উপাদান সম্পদ বিনিয়োগ করে।

তাপ ব্যবস্থা বিভিন্ন তাপ ক্ষেত্র উপকরণ দিয়ে গঠিত। আমরা কেবল তাপ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত উপকরণগুলির সংক্ষেপে পরিচয় করিয়ে দেব। তাপ ক্ষেত্রে তাপমাত্রা বন্টন এবং স্ফটিক টানার উপর এর প্রভাব সম্পর্কে, আমরা এখানে এটি বিশ্লেষণ করব না। তাপ ক্ষেত্র উপাদান বলতে স্ফটিক বৃদ্ধির ভ্যাকুয়াম ফার্নেস চেম্বারের কাঠামো এবং তাপ নিরোধক অংশকে বোঝায়, যা সেমিকন্ডাক্টর গলানো এবং স্ফটিকের চারপাশে উপযুক্ত তাপমাত্রা বন্টন তৈরির জন্য অপরিহার্য।

1. তাপীয় ক্ষেত্র গঠন উপাদান

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন উৎপাদনের জন্য ডাইরেক্ট-পুল পদ্ধতির মৌলিক সহায়ক উপাদান হল উচ্চ-বিশুদ্ধতা গ্রাফাইট। আধুনিক শিল্পে গ্রাফাইট উপকরণগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এগুলি তাপক্ষেত্রের কাঠামোগত উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে যেমনহিটার, গাইড টিউব, ক্রুসিবল, কোক্রালস্কি পদ্ধতিতে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন তৈরিতে ইনসুলেশন টিউব, ক্রুসিবল ট্রে ইত্যাদি।

গ্রাফাইট উপকরণএগুলি নির্বাচন করা হয় কারণ এগুলি সহজেই প্রচুর পরিমাণে প্রস্তুত করা যায়, প্রক্রিয়াজাত করা যায় এবং উচ্চ তাপমাত্রার প্রতিরোধী। হীরা বা গ্রাফাইট আকারে কার্বনের গলনাঙ্ক যেকোনো উপাদান বা যৌগের তুলনায় বেশি। গ্রাফাইট উপকরণগুলি বেশ শক্তিশালী, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রায়, এবং তাদের বৈদ্যুতিক এবং তাপ পরিবাহিতাও বেশ ভালো। এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এটিকে একটিহিটারউপাদান। এর একটি সন্তোষজনক তাপ পরিবাহিতা সহগ রয়েছে, যা হিটার দ্বারা উৎপন্ন তাপকে ক্রুসিবল এবং তাপক্ষেত্রের অন্যান্য অংশে সমানভাবে বিতরণ করতে দেয়। তবে, উচ্চ তাপমাত্রায়, বিশেষ করে দীর্ঘ দূরত্বে, প্রধান তাপ স্থানান্তর মোড হল বিকিরণ।

গ্রাফাইটের অংশগুলি প্রাথমিকভাবে সূক্ষ্ম কার্বনেসিয়াস কণা দিয়ে তৈরি করা হয় যা একটি বাইন্ডারের সাথে মিশ্রিত হয় এবং এক্সট্রুশন বা আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং দ্বারা তৈরি হয়। উচ্চ-মানের গ্রাফাইট অংশগুলি সাধারণত আইসোস্ট্যাটিকভাবে চাপ দেওয়া হয়। পুরো অংশটি প্রথমে কার্বনাইজ করা হয় এবং তারপরে খুব উচ্চ তাপমাত্রায়, প্রায় 3000°C তাপমাত্রায় গ্রাফাইটাইজ করা হয়। এই পুরো অংশগুলি থেকে প্রক্রিয়াজাত অংশগুলি সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রায় ক্লোরিনযুক্ত বায়ুমণ্ডলে পরিশোধিত হয় যাতে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য ধাতব দূষণ অপসারণ করা যায়। তবে, সঠিক পরিশোধনের পরেও, ধাতব দূষণের মাত্রা সিলিকন মনোক্রিস্টালাইন উপকরণের জন্য অনুমোদিত মাত্রার চেয়ে কয়েকগুণ বেশি। অতএব, তাপীয় ক্ষেত্র নকশায় যত্ন নেওয়া উচিত যাতে এই উপাদানগুলির দূষণ গলিত বা স্ফটিক পৃষ্ঠে প্রবেশ না করে।

গ্রাফাইট পদার্থগুলি সামান্য প্রবেশযোগ্য, যার ফলে ভিতরের অবশিষ্ট ধাতুগুলি পৃষ্ঠে পৌঁছানো সহজ হয়। এছাড়াও, গ্রাফাইট পৃষ্ঠের চারপাশের শুদ্ধি গ্যাসে উপস্থিত সিলিকন মনোক্সাইড বেশিরভাগ পদার্থের মধ্যে প্রবেশ করতে পারে এবং বিক্রিয়া করতে পারে।

প্রাথমিক মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ফার্নেস হিটারগুলি টাংস্টেন এবং মলিবডেনামের মতো অবাধ্য ধাতু দিয়ে তৈরি হত। গ্রাফাইট প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির ক্রমবর্ধমান পরিপক্কতার সাথে সাথে, গ্রাফাইট উপাদানগুলির মধ্যে সংযোগের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি স্থিতিশীল হয়ে উঠেছে এবং মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ফার্নেস হিটারগুলি টাংস্টেন, মলিবডেনাম এবং অন্যান্য উপাদান হিটারগুলিকে সম্পূর্ণরূপে প্রতিস্থাপন করেছে। বর্তমানে, সর্বাধিক ব্যবহৃত গ্রাফাইট উপাদান হল আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট। আমার দেশের আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট প্রস্তুতি প্রযুক্তি তুলনামূলকভাবে পিছিয়ে রয়েছে এবং দেশীয় ফটোভোলটাইক শিল্পে ব্যবহৃত বেশিরভাগ গ্রাফাইট উপকরণ বিদেশ থেকে আমদানি করা হয়। বিদেশী আইসোস্ট্যাটিক গ্রাফাইট নির্মাতাদের মধ্যে প্রধানত জার্মানির SGL, জাপানের টোকাই কার্বন, জাপানের টয়ো তানসো ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। জোক্রালস্কি মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন ফার্নেসগুলিতে, কখনও কখনও C/C যৌগিক উপকরণ ব্যবহার করা হয় এবং সেগুলি বোল্ট, বাদাম, ক্রুসিবল, লোড প্লেট এবং অন্যান্য উপাদান তৈরিতে ব্যবহার করা শুরু হয়েছে। কার্বন/কার্বন (C/C) কম্পোজিট হল কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড কার্বন-ভিত্তিক কম্পোজিট যার মধ্যে রয়েছে উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তি, উচ্চ নির্দিষ্ট মডুলাস, কম তাপীয় প্রসারণ সহগ, ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, উচ্চ ফ্র্যাকচার শক্ততা, কম নির্দিষ্ট মাধ্যাকর্ষণ, তাপীয় শক প্রতিরোধ, জারা প্রতিরোধ এবং উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য। বর্তমানে, এগুলি মহাকাশ, রেসিং, জৈব উপাদান এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে নতুন উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী কাঠামোগত উপকরণ হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বর্তমানে, গার্হস্থ্য C/C কম্পোজিটগুলির প্রধান বাধাগুলি এখনও খরচ এবং শিল্পায়ন সমস্যা।

তাপীয় ক্ষেত্র তৈরিতে আরও অনেক উপকরণ ব্যবহার করা হয়। কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড গ্রাফাইটের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ভালো; তবে এটি আরও ব্যয়বহুল এবং নকশার জন্য অন্যান্য প্রয়োজনীয়তা রয়েছে।সিলিকন কার্বাইড (SiC)অনেক দিক থেকে গ্রাফাইটের চেয়ে ভালো উপাদান, কিন্তু এটি অনেক বেশি ব্যয়বহুল এবং বৃহৎ আয়তনের যন্ত্রাংশ প্রস্তুত করা কঠিন। তবে, SiC প্রায়শই একটি হিসাবে ব্যবহৃত হয়সিভিডি আবরণক্ষয়কারী সিলিকন মনোক্সাইড গ্যাসের সংস্পর্শে আসা গ্রাফাইট অংশগুলির আয়ু বৃদ্ধি করতে এবং গ্রাফাইট থেকে দূষণও কমাতে পারে। ঘন সিভিডি সিলিকন কার্বাইড আবরণ কার্যকরভাবে মাইক্রোপোরাস গ্রাফাইট উপাদানের ভিতরে দূষিত পদার্থগুলিকে পৃষ্ঠে পৌঁছাতে বাধা দেয়।

আরেকটি হলো CVD কার্বন, যা গ্রাফাইট অংশের উপরেও একটি ঘন স্তর তৈরি করতে পারে। অন্যান্য উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধী উপকরণ, যেমন মলিবডেনাম বা সিরামিক উপকরণ যা পরিবেশের সাথে সহাবস্থান করতে পারে, সেখানে ব্যবহার করা যেতে পারে যেখানে গলে দূষণের ঝুঁকি নেই। তবে, অক্সাইড সিরামিকগুলি সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রাফাইট উপকরণের জন্য সীমিত প্রযোজ্য হয় এবং যদি অন্তরণ প্রয়োজন হয় তবে অন্য খুব কম বিকল্প রয়েছে। একটি হল ষড়ভুজাকার বোরন নাইট্রাইড (কখনও কখনও একই বৈশিষ্ট্যের কারণে সাদা গ্রাফাইট বলা হয়), তবে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি দুর্বল। মলিবডেনাম সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে যুক্তিসঙ্গতভাবে ব্যবহৃত হয় কারণ এর মাঝারি খরচ, সিলিকন স্ফটিকগুলিতে কম বিস্তার হার এবং প্রায় 5×108 এর খুব কম পৃথকীকরণ সহগ, যা স্ফটিক কাঠামো ধ্বংস করার আগে নির্দিষ্ট পরিমাণে মলিবডেনাম দূষণের অনুমতি দেয়।

2. তাপ নিরোধক উপকরণ

সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত অন্তরক উপাদান হল বিভিন্ন আকারের কার্বন অনুভূত। কার্বন অনুভূত পাতলা তন্তু দিয়ে তৈরি, যা অন্তরক হিসেবে কাজ করে কারণ তারা অল্প দূরত্বে একাধিকবার তাপীয় বিকিরণকে বাধা দেয়। নরম কার্বন অনুভূত উপাদানের তুলনামূলকভাবে পাতলা শীটে বোনা হয়, যা পরে পছন্দসই আকারে কাটা হয় এবং যুক্তিসঙ্গত ব্যাসার্ধে শক্তভাবে বাঁকানো হয়। নিরাময়কৃত অনুভূতগুলি একই ধরণের তন্তু উপাদান দিয়ে তৈরি, এবং একটি কার্বন-ধারণকারী বাইন্ডার ব্যবহার করা হয় বিচ্ছুরিত তন্তুগুলিকে আরও কঠিন এবং আকৃতির বস্তুতে সংযুক্ত করার জন্য। বাইন্ডারের পরিবর্তে কার্বনের রাসায়নিক বাষ্প জমার ব্যবহার উপাদানের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে।

সাধারণত, তাপ নিরোধক নিরাময়কারী উপাদানের বাইরের পৃষ্ঠটি ক্ষয় এবং ক্ষয়ক্ষতির পাশাপাশি কণা দূষণ কমাতে একটি অবিচ্ছিন্ন গ্রাফাইট আবরণ বা ফয়েল দিয়ে লেপা হয়। অন্যান্য ধরণের কার্বন-ভিত্তিক তাপ নিরোধক উপকরণও বিদ্যমান, যেমন কার্বন ফোম। সাধারণভাবে, গ্রাফাইটাইজড উপকরণগুলি স্পষ্টতই পছন্দ করা হয় কারণ গ্রাফাইটাইজেশন ফাইবারের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। এই উচ্চ-পৃষ্ঠ-ক্ষেত্রের উপকরণগুলির বহির্গাসিং ব্যাপকভাবে হ্রাস পায় এবং চুল্লিটিকে উপযুক্ত ভ্যাকুয়ামে পাম্প করতে কম সময় লাগে। আরেকটি হল C/C কম্পোজিট উপাদান, যার হালকা ওজন, উচ্চ ক্ষতি সহনশীলতা এবং উচ্চ শক্তির মতো অসাধারণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে। গ্রাফাইট অংশগুলি প্রতিস্থাপনের জন্য তাপীয় ক্ষেত্রে ব্যবহৃত গ্রাফাইট অংশগুলি প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, মনোক্রিস্টালাইন গুণমান এবং উৎপাদন স্থিতিশীলতা উন্নত করে।

কাঁচামালের শ্রেণীবিভাগ অনুসারে, কার্বন অনুভূতকে পলিঅ্যাক্রিলোনাইট্রাইল-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত, ভিসকস-ভিত্তিক কার্বন অনুভূত এবং পিচ-ভিত্তিক কার্বন অনুভূতে ভাগ করা যেতে পারে।
পলিঅ্যাক্রিলোনাইট্রাইল-ভিত্তিক কার্বন ফেল্টে প্রচুর পরিমাণে ছাই থাকে। উচ্চ-তাপমাত্রায় চিকিৎসার পর, একক ফাইবার ভঙ্গুর হয়ে যায়। অপারেশন চলাকালীন, চুল্লির পরিবেশ দূষিত করার জন্য ধুলো তৈরি করা সহজ। একই সময়ে, ফাইবার সহজেই মানবদেহের ছিদ্র এবং শ্বাসনালীতে প্রবেশ করতে পারে, যা মানুষের স্বাস্থ্যের জন্য ক্ষতিকর। ভিসকোস-ভিত্তিক কার্বন ফেল্টের তাপ নিরোধক কর্মক্ষমতা ভালো। তাপ চিকিত্সার পরে এটি তুলনামূলকভাবে নরম এবং ধুলো তৈরি করা সহজ নয়। তবে, ভিসকোস-ভিত্তিক কাঁচা ফাইবারের ক্রস-সেকশন অনিয়মিত এবং ফাইবার পৃষ্ঠে অনেক খাঁজ রয়েছে। CZ সিলিকন ফার্নেসের জারণকারী বায়ুমণ্ডলের নীচে C02 এর মতো গ্যাস তৈরি করা সহজ, যার ফলে মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন উপাদানে অক্সিজেন এবং কার্বন উপাদানের বৃষ্টিপাত হয়। প্রধান নির্মাতাদের মধ্যে রয়েছে জার্মান SGL এবং অন্যান্য কোম্পানি। বর্তমানে, সেমিকন্ডাক্টর মনোক্রিস্টালাইন শিল্পে সর্বাধিক ব্যবহৃত পিচ-ভিত্তিক কার্বন ফেল্ট, যার তাপ নিরোধক কর্মক্ষমতা ভিসকোস-ভিত্তিক কার্বন ফেল্টের চেয়ে খারাপ, তবে পিচ-ভিত্তিক কার্বন ফেল্টের বিশুদ্ধতা বেশি এবং ধুলো নির্গমন কম। নির্মাতাদের মধ্যে রয়েছে জাপানের কুরেহা কেমিক্যাল এবং ওসাকা গ্যাস।
কার্বন ফেল্টের আকৃতি স্থির না হওয়ায়, এটি পরিচালনা করা অসুবিধাজনক। এখন অনেক কোম্পানি কার্বন ফেল্ট-কিউরড কার্বন ফেল্টের উপর ভিত্তি করে একটি নতুন তাপ নিরোধক উপাদান তৈরি করেছে। কিউরড কার্বন ফেল্ট, যাকে হার্ড ফেল্টও বলা হয়, হল একটি কার্বন ফেল্ট যার একটি নির্দিষ্ট আকৃতি এবং স্বয়ংসম্পূর্ণ বৈশিষ্ট্য থাকে যখন নরম ফেল্টকে রজন, স্তরিত, নিরাময় এবং কার্বনাইজড দিয়ে গর্ভধারণ করা হয়।

মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের বৃদ্ধির মান সরাসরি তাপীয় পরিবেশ দ্বারা প্রভাবিত হয় এবং কার্বন ফাইবার তাপ নিরোধক উপকরণ এই পরিবেশে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। কার্বন ফাইবার তাপ নিরোধক নরম অনুভূত এখনও ফটোভোলটাইক সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে একটি উল্লেখযোগ্য সুবিধা প্রদান করে কারণ এর খরচ সুবিধা, চমৎকার তাপ নিরোধক প্রভাব, নমনীয় নকশা এবং কাস্টমাইজযোগ্য আকৃতি রয়েছে। এছাড়াও, কার্বন ফাইবার হার্ড তাপ নিরোধক অনুভূত তার নির্দিষ্ট শক্তি এবং উচ্চতর কার্যক্ষমতার কারণে তাপীয় ক্ষেত্র উপাদান বাজারে আরও বেশি বিকাশের স্থান পাবে। আমরা তাপ নিরোধক উপকরণের ক্ষেত্রে গবেষণা এবং উন্নয়নের জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ, এবং ফটোভোলটাইক সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের সমৃদ্ধি এবং বিকাশকে উন্নীত করার জন্য পণ্যের কর্মক্ষমতা ক্রমাগত অপ্টিমাইজ করার জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।