U prucessu di crescita di u siliciu monocristallinu hè cumpletamente realizatu in u campu termicu. Un bon campu termicu hè favurevule à u miglioramentu di a qualità di i cristalli è hà una più alta efficienza di cristallizazione. U cuncepimentu di u campu termicu determina in larga misura i cambiamenti in i gradienti di temperatura in u campu termicu dinamicu è u flussu di gas in a camera di u fornu. A differenza in i materiali utilizati in u campu termicu determina direttamente a durata di serviziu di u campu termicu. Un campu termicu irragionevule ùn hè micca solu difficiule di cultivà cristalli chì rispondenu à i requisiti di qualità, ma ùn pò ancu cultivà monocristallini cumpleti sottu certi requisiti di prucessu. Hè per quessa chì l'industria di u siliciu monocristallinu à tirata diretta cunsidereghja u cuncepimentu di u campu termicu cum'è a tecnulugia più impurtante è investe enormi risorse umane è materiali in a ricerca è u sviluppu di u campu termicu.
U sistema termicu hè cumpostu da diversi materiali di campu termicu. Introduceremu solu brevemente i materiali utilizati in u campu termicu. In quantu à a distribuzione di a temperatura in u campu termicu è u so impattu nantu à a trazione di i cristalli, ùn l'analizeremu micca quì. U materiale di u campu termicu si riferisce à a struttura è à a parte d'isolamentu termicu in a camera di u fornu à vuoto di a crescita di i cristalli, chì hè essenziale per creà una distribuzione di temperatura adatta intornu à u materiale fusu di semiconduttore è à u cristallu.
1. Materiale di struttura di u campu termicu
U materiale di supportu basicu per u metudu di tirata diretta per cultivà u siliciu monocristallinu hè a grafite di alta purezza. I materiali di grafite ghjocanu un rolu assai impurtante in l'industria muderna. Puderanu esse aduprati cum'è cumpunenti strutturali di u campu di calore cum'èriscaldatori, tubi di guida, crogioli, tubi d'isolamentu, vassoi di crogioli, ecc. in a preparazione di siliciu monocristallinu cù u metudu Czochralski.
Materiali di grafitesò scelti perchè sò faciuli da preparà in grandi volumi, ponu esse trasfurmati è sò resistenti à alte temperature. U carbone in forma di diamante o grafite hà un puntu di fusione più altu chè qualsiasi elementu o cumpostu. I materiali di grafite sò abbastanza forti, soprattuttu à alte temperature, è a so cunduttività elettrica è termica hè ancu abbastanza bona. A so cunduttività elettrica u rende adattatu cum'èriscaldatoremateriale. Hà un coefficientu di cunduttività termica satisfacente, chì permette à u calore generatu da u riscaldatore di esse distribuitu uniformemente à u crogiolu è à altre parti di u campu di calore. Tuttavia, à alte temperature, in particulare nantu à longhe distanze, u principale modu di trasferimentu di calore hè a radiazione.
I pezzi di grafite sò inizialmente fatti di particelle carbonacee fini mischiate cù un legante è furmate per estrusione o pressatura isostatica. I pezzi di grafite di alta qualità sò generalmente pressati isostaticamente. U pezzu sanu hè prima carbonizatu è dopu grafitizatu à temperature assai elevate, vicine à 3000 ° C. I pezzi trasfurmati da questi pezzi interi sò generalmente purificati in una atmosfera chì cuntene cloru à temperature elevate per eliminà a contaminazione metallica per risponde à i requisiti di l'industria di i semiconduttori. Tuttavia, ancu dopu una purificazione adatta, u livellu di contaminazione metallica hè parechji ordini di grandezza più altu di quellu permessu per i materiali monocristallini di siliciu. Dunque, ci vole à fà attenzione à a cuncepzione di u campu termicu per impedisce chì a contaminazione di questi cumpunenti entre in a superficia di u materiale fusu o di u cristallu.
I materiali di grafite sò ligeramente permeabili, ciò chì facilita à u metallu restante in l'internu di ghjunghje à a superficia. Inoltre, u monossidu di siliciu prisente in u gasu di purga intornu à a superficia di grafite pò penetrà in a maiò parte di i materiali è reagisce.
I primi riscaldatori di fornu in siliciu monocristallinu eranu fatti di metalli refrattari cum'è u tungstenu è u molibdenu. Cù a maturità crescente di a tecnulugia di trasfurmazione di a grafite, e proprietà elettriche di a cunnessione trà i cumpunenti di grafite sò diventate stabili, è i riscaldatori di fornu in siliciu monocristallinu anu rimpiazzatu cumpletamente i riscaldatori di tungstenu, molibdenu è altri materiali. Attualmente, u materiale di grafite più utilizatu hè a grafite isostatica. A tecnulugia di preparazione di a grafite isostatica di u mo paese hè relativamente arretrata, è a maiò parte di i materiali di grafite utilizati in l'industria fotovoltaica naziunale sò impurtati da l'esteru. I pruduttori di grafite isostatica straniera includenu principalmente SGL di Germania, Tokai Carbon di Giappone, Toyo Tanso di Giappone, ecc. In i forni di siliciu monocristallinu Czochralski, i materiali cumposti C/C sò qualchì volta utilizati, è anu cuminciatu à esse utilizati per fabricà bulloni, dadi, crogioli, piastre di carica è altri cumpunenti. I cumposti carboniu/carboniu (C/C) sò cumposti à basa di carbone rinforzati cù fibre di carbone cù una seria di proprietà eccellenti cum'è alta resistenza specifica, altu modulu specificu, bassu coefficientu di dilatazione termica, bona cunduttività elettrica, alta tenacità à a frattura, bassa gravità specifica, resistenza à i shock termichi, resistenza à a corrosione è resistenza à e alte temperature. Attualmente, sò largamente usati in l'aerospaziale, e corse, i biomateriali è altri campi cum'è novi materiali strutturali resistenti à e alte temperature. Attualmente, i principali colli di buttiglia incontrati da i cumposti C/C domestici sò sempre prublemi di costu è d'industrializazione.
Ci sò parechji altri materiali aduprati per fà campi termichi. A grafite rinforzata cù fibra di carbone hà migliori proprietà meccaniche; ma hè più cara è hà altri requisiti per u cuncepimentu.Carburu di siliciu (SiC)hè un materiale megliu cà a grafite in parechji aspetti, ma hè assai più caru è difficiule di preparà pezzi di grande vulume. Tuttavia, u SiC hè spessu adupratu cum'èRivestimentu CVDper aumentà a vita di e parti di grafite esposte à u gasu currusivu di monossidu di siliciu, è pò ancu riduce a contaminazione da a grafite. U rivestimentu densu di carburo di siliciu CVD impedisce efficacemente à i contaminanti in l'internu di u materiale di grafite microporosa di ghjunghje à a superficia.
Un altru hè u carbone CVD, chì pò ancu furmà un stratu densu sopra a parte di grafite. Altri materiali resistenti à alte temperature, cum'è u molibdenu o i materiali ceramici chì ponu coesistere cù l'ambiente, ponu esse aduprati induve ùn ci hè micca risicu di contaminà a fusione. Tuttavia, e ceramiche d'ossidu sò generalmente limitate in a so applicabilità à i materiali di grafite à alte temperature, è ci sò poche altre opzioni se hè necessariu l'insulazione. Una hè u nitruru di boru esagonale (qualchì volta chjamatu grafite bianca per via di proprietà simili), ma e proprietà meccaniche sò scarse. U molibdenu hè generalmente adupratu ragiunevolmente per situazioni di alta temperatura per via di u so costu moderatu, a bassa velocità di diffusione in i cristalli di siliciu è un coefficientu di segregazione assai bassu di circa 5 × 108, chì permette una certa quantità di contaminazione di molibdenu prima di distrughje a struttura cristallina.
2. Materiali d'isolamentu termicu
U materiale isolante u più cumunamente utilizatu hè u feltro di carbone in varie forme. U feltro di carbone hè fattu di fibre fini, chì agiscenu cum'è isolante perchè bloccanu a radiazione termica parechje volte nantu à una corta distanza. U feltro di carbone dolce hè tissutu in fogli di materiale relativamente fini, chì sò poi tagliati in a forma desiderata è piegati strettamente in un raghju ragiunevule. I feltri induriti sò cumposti di materiali di fibre simili, è un legante chì cuntene carbone hè utilizatu per cunnette e fibre disperse in un ughjettu più solidu è furmatu. L'usu di a deposizione chimica di vapore di carbone invece di un legante pò migliurà e proprietà meccaniche di u materiale.
Tipicamente, a superficia esterna di u feltru di polimerizazione di l'insulazione termica hè rivestita cù un rivestimentu o foglia di grafite cuntinua per riduce l'erosione è l'usura, è ancu a contaminazione da particelle. Esistenu ancu altri tipi di materiali d'insulazione termica à basa di carbone, cum'è a schiuma di carbone. In generale, i materiali grafitizzati sò ovviamente preferiti perchè a grafitizazione riduce assai a superficia di a fibra. U degassamentu di sti materiali à alta superficia hè assai riduttu, è ci vole menu tempu per pompà u fornu à un vacuum adattatu. Un altru hè u materiale cumpostu C/C, chì hà caratteristiche eccezziunali cum'è u pesu ligeru, l'alta tolleranza à i danni è l'alta resistenza. Adupratu in campi termichi per rimpiazzà e parti di grafite riduce significativamente a frequenza di sustituzione di e parti di grafite, migliora a qualità monocristallina è a stabilità di a pruduzzione.
Sicondu a classificazione di e materie prime, u feltro di carbone pò esse divisu in feltro di carbone à basa di poliacrilonitrile, feltro di carbone à basa di viscosa è feltro di carbone à basa di pece.
U feltru di carbone à basa di poliacrilonitrile hà un altu cuntenutu di cenere. Dopu à u trattamentu à alta temperatura, a sola fibra diventa fragile. Durante u funziunamentu, hè faciule generà polvere per inquinà l'ambiente di u fornu. À u listessu tempu, a fibra pò facilmente entre in i pori è in e vie respiratorie di u corpu umanu, ciò chì hè dannusu per a salute umana. U feltru di carbone à basa di viscosa hà una bona prestazione d'isolamentu termicu. Hè relativamente dolce dopu à u trattamentu termicu è ùn hè micca faciule generà polvere. Tuttavia, a sezione trasversale di a fibra cruda à basa di viscosa hè irregulare, è ci sò parechje scanalature nantu à a superficia di a fibra. Hè faciule generà gasi cum'è C02 sottu à l'atmosfera ossidante di u fornu di siliciu CZ, causendu a precipitazione di elementi d'ossigenu è di carbone in u materiale di siliciu monocristallinu. I principali pruduttori includenu SGL tedesca è altre cumpagnie. Attualmente, u più utilizatu in l'industria monocristallina di semiconduttori hè u feltru di carbone à basa di pece, chì hà una prestazione d'isolamentu termicu peghju cà u feltru di carbone à basa di viscosa, ma u feltru di carbone à basa di pece hà una purezza più alta è una emissione di polvere più bassa. I pruduttori includenu Kureha Chemical è Osaka Gas giapponesi.
Siccomu a forma di u feltru di carbone ùn hè micca fissa, hè inconveniente da aduprà. Avà parechje cumpagnie anu sviluppatu un novu materiale d'isolamentu termicu basatu annantu à u feltru di carbone polimerizatu. U feltru di carbone polimerizatu, chjamatu ancu feltru duru, hè un feltru di carbone cù una certa forma è una pruprietà autosufficiente dopu chì u feltru dolce hè statu impregnatu di resina, laminatu, polimerizatu è carbonizatu.
A qualità di crescita di u siliciu monocristallinu hè direttamente affettata da l'ambiente termicu, è i materiali d'isolamentu termicu in fibra di carbone ghjocanu un rolu chjave in questu ambiente. U feltru morbidu d'isolamentu termicu in fibra di carbone hà sempre un vantaghju significativu in l'industria di i semiconduttori fotovoltaici per via di u so vantaghju di costu, l'eccellente effettu d'isolamentu termicu, u disignu flessibile è a forma persunalizabile. Inoltre, u feltru d'isolamentu termicu duru in fibra di carbone avarà un spaziu di sviluppu più grande in u mercatu di i materiali di campu termicu per via di a so certa forza è di a so maggiore operabilità. Semu impegnati in a ricerca è u sviluppu in u campu di i materiali d'isolamentu termicu, è ottimisimu continuamente e prestazioni di u produttu per prumove a prosperità è u sviluppu di l'industria di i semiconduttori fotovoltaici.
Data di publicazione: 12 di ghjugnu di u 2024