La kreskoprocezo de monokristala silicio estas tute efektivigata en la termika kampo. Bona termika kampo helpas plibonigi la kvaliton de kristaloj kaj havas pli altan kristaligan efikecon. La dezajno de la termika kampo grandparte determinas la ŝanĝojn en temperaturgradientoj en la dinamika termika kampo kaj la fluon de gaso en la fornkamero. La diferenco en la materialoj uzataj en la termika kampo rekte determinas la servodaŭron de la termika kampo. Malsaĝa termika kampo ne nur malfaciligas kreskigi kristalojn, kiuj plenumas la kvalitpostulojn, sed ankaŭ ne povas kreskigi tute monokristalajn sub certaj procezaj postuloj. Tial la rekta-tira monokristala silicia industrio rigardas la dezajnon de termika kampo kiel la plej kernan teknologion kaj investas grandegan laborforton kaj materialajn rimedojn en esplorado kaj disvolviĝo de termika kampo.
La termika sistemo konsistas el diversaj termikaj kampaj materialoj. Ni nur koncize prezentas la materialojn uzatajn en la termika kampo. Koncerne la temperaturdistribuon en la termika kampo kaj ĝian efikon sur la kristala tirado, ni ne analizos ĝin ĉi tie. La termika kampa materialo rilatas al la strukturo kaj termika izola parto en la vakua fornkamero de kristala kresko, kiu estas esenca por krei taŭgan temperaturdistribuon ĉirkaŭ la duonkondukta fandita materialo kaj la kristalo.
1. Materialo por la strukturo de termika kampo
La baza subtena materialo por la rekta-tira metodo por kreskigi monokristalan silicion estas altpureca grafito. Grafitaj materialoj ludas tre gravan rolon en moderna industrio. Ili povas esti uzataj kiel strukturaj komponantoj de varmokampoj, ekzemplehejtiloj, gvidtuboj, krisoloj, izolaj tuboj, krisolo-pletoj, ktp. en la preparado de monokristala silicio per la metodo de Czochralski.
Grafitaj materialojestas elektitaj ĉar ili estas facile prepareblaj en grandaj volumoj, povas esti prilaboritaj kaj estas rezistemaj al altaj temperaturoj. Karbono en la formo de diamanto aŭ grafito havas pli altan fandopunkton ol iu ajn elemento aŭ kombinaĵo. Grafitaj materialoj estas sufiĉe fortaj, precipe je altaj temperaturoj, kaj ilia elektra kaj varmokonduktiveco ankaŭ estas sufiĉe bona. Ĝia elektra konduktiveco igas ĝin taŭga kielhejtilomaterialo. Ĝi havas kontentigan varmokonduktecan koeficienton, kiu permesas egale distribui la varmon generitan de la hejtilo al la krisolo kaj aliaj partoj de la varmokampo. Tamen, ĉe altaj temperaturoj, precipe trans longaj distancoj, la ĉefa varmotransiga metodo estas radiado.
Grafitaj partoj estas komence faritaj el fajnaj karbonaj partikloj miksitaj kun ligilo kaj formitaj per eltrudado aŭ izostatika premado. Altkvalitaj grafitaj partoj estas kutime izostatike premataj. La tuta peco estas unue karbigita kaj poste grafitigita je tre altaj temperaturoj, proksimaj al 3000 °C. La partoj prilaboritaj el ĉi tiuj tutaj pecoj estas kutime purigitaj en kloro-entenanta atmosfero je altaj temperaturoj por forigi metalan poluadon por plenumi la postulojn de la duonkonduktaĵa industrio. Tamen, eĉ post taŭga purigado, la nivelo de metala poluado estas plurajn grandordojn pli alta ol tio permesita por siliciaj monokristalaj materialoj. Tial, oni devas zorgi pri la dezajno de la termika kampo por malhelpi poluadon de ĉi tiuj komponantoj eniri la fanditan aŭ kristalan surfacon.
Grafitaj materialoj estas iomete permeablaj, kio faciligas la atingon de la surfaco per la restanta metalo interne. Krome, la silicia monoksido ĉeestanta en la puriggaso ĉirkaŭ la grafita surfaco povas penetri en la plej multajn materialojn kaj reagi.
Fruaj fornohejtiloj el monokristala silicio estis faritaj el obstinaj metaloj kiel volframo kaj molibdeno. Kun la kreskanta matureco de la grafita prilabora teknologio, la elektraj ecoj de la konekto inter la grafitaj komponantoj fariĝis stabilaj, kaj fornohejtiloj el monokristala silicio tute anstataŭigis volframon, molibdenon kaj aliajn materialajn hejtilojn. Nuntempe, la plej vaste uzata grafita materialo estas izostatika grafito. La izostatika grafita preparteknologio en mia lando estas relative malantaŭenira, kaj la plej multaj grafitaj materialoj uzataj en la hejma fotovoltaika industrio estas importitaj el eksterlando. Fremdaj izostatikaj grafitoproduktantoj ĉefe inkluzivas la germanan SGL, la japanan Tokai Carbon, la japanan Toyo Tanso, ktp. En la fornoj el Czochralski, oni foje uzas C/C kompozitajn materialojn, kaj ili komencis esti uzataj por fabriki riglilojn, nuksojn, krisolojn, ŝarĝplatojn kaj aliajn komponantojn. Karbono/karbono (C/C) kompozitoj estas karbon-bazitaj kompozitoj plifortigitaj per karbonfibro kun serio da bonegaj ecoj kiel alta specifa forto, alta specifa modulo, malalta termika ekspansiokoeficiento, bona elektra konduktiveco, alta rompiĝrezisto, malalta specifa pezo, termika ŝokorezisto, korodrezisto kaj alta temperaturrezisto. Nuntempe, ili estas vaste uzataj en aerspaca, konkursa industrio, biomaterialoj kaj aliaj kampoj kiel novaj alt-temperaturaj strukturaj materialoj. Nuntempe, la ĉefaj proplempunktoj renkontataj de hejmaj C/C kompozitoj estas ankoraŭ kostaj kaj industriigaj problemoj.
Ekzistas multaj aliaj materialoj uzataj por fari termikajn kampojn. Karbonfibro-plifortigita grafito havas pli bonajn mekanikajn ecojn; sed ĝi estas pli multekosta kaj havas aliajn postulojn por dezajno.Silicia karbido (SiC)estas pli bona materialo ol grafito en multaj aspektoj, sed ĝi estas multe pli multekosta kaj malfacile preparebla por grandvolumenaj partoj. Tamen, SiC ofte estas uzata kielCVD-tegaĵopor plilongigi la vivdaŭron de grafitaj partoj eksponitaj al koroda silicia monoksida gaso, kaj ankaŭ povas redukti poluadon de grafito. La densa CVD-siliciokarbida tegaĵo efike malhelpas poluaĵojn ene de la mikropora grafita materialo atingi la surfacon.
Alia estas CVD-karbono, kiu ankaŭ povas formi densan tavolon super la grafita parto. Aliaj alt-temperatur-rezistaj materialoj, kiel molibdeno aŭ ceramikaj materialoj, kiuj povas kunekzisti kun la medio, povas esti uzataj kie ne ekzistas risko polui la fanditan materialon. Tamen, oksidaj ceramikaĵoj ĝenerale estas limigitaj en sia aplikebleco al grafitaj materialoj je altaj temperaturoj, kaj ekzistas malmultaj aliaj ebloj se izolado estas necesa. Unu estas seslatera bora nitrido (foje nomata blanka grafito pro similaj ecoj), sed la mekanikaj ecoj estas malbonaj. Molibdeno estas ĝenerale uzata racie por alt-temperaturaj situacioj pro sia modera kosto, malalta difuza rapideco en siliciaj kristaloj, kaj tre malalta apartiga koeficiento de ĉirkaŭ 5×108, kiu permesas certan kvanton da molibdena poluado antaŭ ol detrui la kristalan strukturon.
2. Termikaj izolaj materialoj
La plej ofte uzata izola materialo estas karbona felto en diversaj formoj. Karbona felto estas farita el maldikaj fibroj, kiuj agas kiel izolado ĉar ili blokas termoradiadon multfoje super mallonga distanco. La mola karbona felto estas teksita en relative maldikajn foliojn de materialo, kiuj poste estas tranĉitaj en la deziratan formon kaj streĉe fleksitaj en akcepteblan radiuson. Harditaj feltoj konsistas el similaj fibraj materialoj, kaj karbon-entenanta ligilo estas uzata por konekti la disigitajn fibrojn en pli solidan kaj formitan objekton. La uzo de kemia vapora deponado de karbono anstataŭ ligilo povas plibonigi la mekanikajn ecojn de la materialo.
Tipe, la ekstera surfaco de la termoizola felto estas kovrita per kontinua grafita tegaĵo aŭ folio por redukti erozion kaj eluziĝon same kiel partiklan poluadon. Aliaj specoj de karbonbazitaj termikaj izolaj materialoj ankaŭ ekzistas, kiel ekzemple karbona ŝaŭmo. Ĝenerale, grafitigitaj materialoj estas evidente preferataj ĉar grafitiĝo multe reduktas la surfacareon de la fibro. La elgasigado de ĉi tiuj altsurfacareaj materialoj estas multe reduktita, kaj necesas malpli da tempo por pumpi la fornon al taŭga vakuo. Alia estas C/C kompozita materialo, kiu havas elstarajn karakterizaĵojn kiel malpeza pezo, alta damaĝelteno kaj alta forto. Uzata en termikaj kampoj por anstataŭigi grafitajn partojn signife reduktas la oftecon de anstataŭigo de grafitaj partoj, plibonigas monokristalan kvaliton kaj produktadan stabilecon.
Laŭ la klasifiko de krudmaterialoj, karbonfelto povas esti dividita en poliakrilonitrilan karbonfelton, viskozan karbonfelton kaj peĉan karbonfelton.
Karbona felto bazita sur poliakrilonitrilo havas grandan cindroenhavon. Post alttemperatura traktado, la unuopa fibro fariĝas fragila. Dum funkciado, facile generas polvon, kiu poluas la fornan medion. Samtempe, la fibro povas facile eniri la porojn kaj spirvojojn de la homa korpo, kio estas damaĝa al homa sano. Karbona felto bazita sur viskozo havas bonan termikan izolan rendimenton. Post varmotraktado, ĝi estas relative mola kaj ne facile generas polvon. Tamen, la transversa sekco de la kruda fibro bazita sur viskozo estas neregula, kaj estas multaj kaneloj sur la fibrosurfaco. Sub la oksidiga atmosfero de la CZ-silicia forno, facile generas gasojn kiel CO2, kaŭzante precipitaĵon de oksigeno kaj karbonaj elementoj en la monokristala silicia materialo. Inter la ĉefaj fabrikantoj estas la germana SGL kaj aliaj kompanioj. Nuntempe, la plej vaste uzata en la duonkonduktaĵa monokristala industrio estas peĉ-bazita karbonfelto, kiu havas pli malbonan termikan izolan rendimenton ol viskoz-bazita karbonfelto, sed peĉ-bazita karbonfelto havas pli altan purecon kaj pli malaltan polvan emision. Inter la fabrikantoj estas la japanaj Kureha Chemical kaj Osaka Gas.
Ĉar la formo de karbona felto ne estas fiksa, ĝia funkciigo estas malkomforta. Nun multaj kompanioj disvolvis novan termikan izolan materialon bazitan sur karbona felto-hardita karbonfelto. Hardita karbonfelto, ankaŭ nomata malmola felto, estas karbona felto kun certa formo kaj memstariga eco post kiam mola felto estas impregnita per rezino, lamenigita, hardita kaj karbonigita.
La kreskokvalito de monokristala silicio estas rekte influata de la termika medio, kaj karbonfibraj termikaj izolaj materialoj ludas ŝlosilan rolon en ĉi tiu medio. Karbonfibra termika izola felto ankoraŭ havas signifan avantaĝon en la fotovoltaika duonkonduktaĵa industrio pro sia kosta avantaĝo, bonega termika izola efiko, fleksebla dezajno kaj personigebla formo. Krome, karbonfibra malmola termika izola felto havos pli grandan disvolviĝan spacon en la merkato de termikaj materialoj pro sia certa forto kaj pli alta funkciebleco. Ni estas dediĉitaj al esplorado kaj disvolviĝo en la kampo de termikaj izolaj materialoj, kaj kontinue optimumigas produktan rendimenton por antaŭenigi la prosperon kaj disvolviĝon de la fotovoltaika duonkonduktaĵa industrio.
Afiŝtempo: 12-a de junio 2024