महत्वपूर्ण सामग्री जो मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन विकास की गुणवत्ता निर्धारित करती है - थर्मल क्षेत्र

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की वृद्धि प्रक्रिया पूरी तरह से थर्मल क्षेत्र में की जाती है। एक अच्छा थर्मल क्षेत्र क्रिस्टल की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए अनुकूल है और इसमें उच्च क्रिस्टलीकरण दक्षता है। थर्मल क्षेत्र का डिज़ाइन काफी हद तक गतिशील थर्मल क्षेत्र में तापमान ढाल में परिवर्तन और भट्ठी कक्ष में गैस के प्रवाह को निर्धारित करता है। थर्मल क्षेत्र में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में अंतर सीधे थर्मल क्षेत्र के सेवा जीवन को निर्धारित करता है। एक अनुचित थर्मल क्षेत्र न केवल गुणवत्ता की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले क्रिस्टल को विकसित करना मुश्किल है, बल्कि कुछ प्रक्रिया आवश्यकताओं के तहत पूर्ण मोनोक्रिस्टलाइन भी विकसित नहीं कर सकता है। यही कारण है कि डायरेक्ट-पुल मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योग थर्मल फील्ड डिजाइन को सबसे मुख्य तकनीक मानता है और थर्मल फील्ड अनुसंधान और विकास में भारी जनशक्ति और भौतिक संसाधनों का निवेश करता है।

थर्मल सिस्टम विभिन्न थर्मल फील्ड सामग्रियों से बना है। हम केवल थर्मल फील्ड में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों का संक्षिप्त परिचय देते हैं। थर्मल फील्ड में तापमान वितरण और क्रिस्टल खींचने पर इसके प्रभाव के लिए, हम यहाँ इसका विश्लेषण नहीं करेंगे। थर्मल फील्ड सामग्री क्रिस्टल विकास के वैक्यूम फर्नेस चैंबर में संरचना और थर्मल इन्सुलेशन भाग को संदर्भित करती है, जो अर्धचालक पिघल और क्रिस्टल के चारों ओर एक उपयुक्त तापमान वितरण बनाने के लिए आवश्यक है।

1. थर्मल क्षेत्र संरचना सामग्री

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन को विकसित करने के लिए डायरेक्ट-पुल विधि के लिए मूल सहायक सामग्री उच्च शुद्धता वाला ग्रेफाइट है। आधुनिक उद्योग में ग्रेफाइट सामग्री बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इनका उपयोग हीट फील्ड संरचनात्मक घटकों के रूप में किया जा सकता है जैसेहीटर, गाइड ट्यूब, क्रूसिबल्स, इन्सुलेशन ट्यूब, क्रूसिबल ट्रे, आदि Czochralski विधि द्वारा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की तैयारी में।

ग्रेफाइट सामग्रीइन्हें इसलिए चुना जाता है क्योंकि इन्हें बड़ी मात्रा में तैयार करना आसान होता है, इन्हें प्रोसेस किया जा सकता है और ये उच्च तापमान के प्रतिरोधी होते हैं। हीरे या ग्रेफाइट के रूप में कार्बन का गलनांक किसी भी तत्व या यौगिक की तुलना में अधिक होता है। ग्रेफाइट सामग्री काफी मजबूत होती है, खासकर उच्च तापमान पर, और उनकी विद्युत और तापीय चालकता भी काफी अच्छी होती है। इसकी विद्युत चालकता इसे एक के रूप में उपयुक्त बनाती हैहीटरसामग्री। इसमें एक संतोषजनक तापीय चालकता गुणांक है, जो हीटर द्वारा उत्पन्न गर्मी को क्रूसिबल और गर्मी क्षेत्र के अन्य भागों में समान रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। हालांकि, उच्च तापमान पर, विशेष रूप से लंबी दूरी पर, मुख्य गर्मी हस्तांतरण मोड विकिरण है।

ग्रेफाइट के पुर्जे शुरू में महीन कार्बनयुक्त कणों से बने होते हैं जिन्हें बाइंडर के साथ मिलाकर एक्सट्रूज़न या आइसोस्टेटिक प्रेसिंग द्वारा बनाया जाता है। उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट के पुर्जे आमतौर पर आइसोस्टेटिक रूप से दबाए जाते हैं। पूरे टुकड़े को पहले कार्बनीकृत किया जाता है और फिर बहुत उच्च तापमान, 3000 डिग्री सेल्सियस के करीब, पर ग्रेफ़िटाइज़ किया जाता है। इन पूरे टुकड़ों से संसाधित किए गए पुर्जों को आमतौर पर सेमीकंडक्टर उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए धातु संदूषण को हटाने के लिए उच्च तापमान पर क्लोरीन युक्त वातावरण में शुद्ध किया जाता है। हालाँकि, उचित शुद्धिकरण के बाद भी, धातु संदूषण का स्तर सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन सामग्रियों के लिए अनुमत स्तर से कई गुना अधिक होता है। इसलिए, इन घटकों के संदूषण को पिघले हुए पदार्थ या क्रिस्टल की सतह में प्रवेश करने से रोकने के लिए थर्मल फ़ील्ड डिज़ाइन में सावधानी बरतनी चाहिए।

ग्रेफाइट सामग्री थोड़ी पारगम्य होती है, जिससे अंदर की बची हुई धातु को सतह तक पहुंचना आसान हो जाता है। इसके अलावा, ग्रेफाइट सतह के आसपास पर्ज गैस में मौजूद सिलिकॉन मोनोऑक्साइड अधिकांश सामग्रियों में घुस सकता है और प्रतिक्रिया कर सकता है।

प्रारंभिक मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर टंगस्टन और मोलिब्डेनम जैसी दुर्दम्य धातुओं से बने थे। ग्रेफाइट प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी की बढ़ती परिपक्वता के साथ, ग्रेफाइट घटकों के बीच कनेक्शन के विद्युत गुण स्थिर हो गए हैं, और मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फर्नेस हीटर ने टंगस्टन, मोलिब्डेनम और अन्य सामग्री हीटरों को पूरी तरह से बदल दिया है। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला ग्रेफाइट पदार्थ आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट है। मेरे देश की आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट तैयारी तकनीक अपेक्षाकृत पिछड़ी हुई है, और घरेलू फोटोवोल्टिक उद्योग में उपयोग की जाने वाली अधिकांश ग्रेफाइट सामग्री विदेशों से आयात की जाती है। विदेशी आइसोस्टैटिक ग्रेफाइट निर्माताओं में मुख्य रूप से जर्मनी के एसजीएल, जापान के टोकाई कार्बन, जापान के टोयो तानसो आदि शामिल हैं। Czochralski मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन भट्टियों में, कभी-कभी C/C मिश्रित सामग्री का उपयोग किया जाता है, और उनका उपयोग बोल्ट, नट, क्रूसिबल, लोड प्लेट और अन्य घटकों के निर्माण के लिए किया जाने लगा है। कार्बन/कार्बन (सी/सी) कंपोजिट कार्बन फाइबर प्रबलित कार्बन-आधारित कंपोजिट हैं, जिनमें उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च विशिष्ट मापांक, कम तापीय विस्तार गुणांक, अच्छी विद्युत चालकता, उच्च फ्रैक्चर कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्व, थर्मल शॉक प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुणों की एक श्रृंखला है। वर्तमान में, वे एयरोस्पेस, रेसिंग, बायोमटेरियल और अन्य क्षेत्रों में नए उच्च तापमान प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्रियों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। वर्तमान में, घरेलू सी/सी कंपोजिट द्वारा सामना की जाने वाली मुख्य अड़चनें अभी भी लागत और औद्योगीकरण के मुद्दे हैं।

थर्मल क्षेत्र बनाने के लिए कई अन्य सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। कार्बन फाइबर प्रबलित ग्रेफाइट में बेहतर यांत्रिक गुण होते हैं; लेकिन यह अधिक महंगा है और इसके डिजाइन के लिए अन्य आवश्यकताएं हैं।सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)कई पहलुओं में ग्रेफाइट की तुलना में बेहतर सामग्री है, लेकिन यह अधिक महंगी है और बड़ी मात्रा वाले भागों को तैयार करना मुश्किल है। हालाँकि, SiC का उपयोग अक्सर एक के रूप में किया जाता हैसीवीडी कोटिंगसंक्षारक सिलिकॉन मोनोऑक्साइड गैस के संपर्क में आने वाले ग्रेफाइट भागों के जीवन को बढ़ाने के लिए, और ग्रेफाइट से संदूषण को भी कम कर सकता है। सघन CVD सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग प्रभावी रूप से माइक्रोपोरस ग्रेफाइट सामग्री के अंदर के संदूषकों को सतह तक पहुँचने से रोकती है।

दूसरा CVD कार्बन है, जो ग्रेफाइट भाग के ऊपर एक सघन परत भी बना सकता है। अन्य उच्च तापमान प्रतिरोधी सामग्री, जैसे मोलिब्डेनम या सिरेमिक सामग्री जो पर्यावरण के साथ सह-अस्तित्व में रह सकती है, का उपयोग किया जा सकता है जहाँ पिघले हुए पदार्थ को दूषित करने का कोई जोखिम नहीं है। हालाँकि, ऑक्साइड सिरेमिक आमतौर पर उच्च तापमान पर ग्रेफाइट सामग्री के लिए उनकी प्रयोज्यता में सीमित होते हैं, और यदि इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है तो कुछ अन्य विकल्प हैं। एक है हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (कभी-कभी समान गुणों के कारण सफेद ग्रेफाइट कहा जाता है), लेकिन यांत्रिक गुण खराब हैं। मोलिब्डेनम का उपयोग आमतौर पर उच्च तापमान स्थितियों के लिए उचित रूप से किया जाता है क्योंकि इसकी मध्यम लागत, सिलिकॉन क्रिस्टल में कम प्रसार दर और लगभग 5×108 का बहुत कम पृथक्करण गुणांक होता है, जो क्रिस्टल संरचना को नष्ट करने से पहले मोलिब्डेनम संदूषण की एक निश्चित मात्रा की अनुमति देता है।

2. थर्मल इन्सुलेशन सामग्री

सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली इन्सुलेशन सामग्री कार्बन फेल्ट है जो विभिन्न रूपों में उपलब्ध है। कार्बन फेल्ट पतले रेशों से बना होता है, जो इन्सुलेशन का काम करता है क्योंकि वे कम दूरी पर कई बार थर्मल विकिरण को रोकते हैं। नरम कार्बन फेल्ट को सामग्री की अपेक्षाकृत पतली चादरों में बुना जाता है, जिन्हें फिर वांछित आकार में काटा जाता है और उचित त्रिज्या में कसकर मोड़ा जाता है। ठीक किए गए फेल्ट समान फाइबर सामग्री से बने होते हैं, और कार्बन युक्त बाइंडर का उपयोग बिखरे हुए रेशों को अधिक ठोस और आकार वाली वस्तु में जोड़ने के लिए किया जाता है। बाइंडर के बजाय कार्बन के रासायनिक वाष्प जमाव का उपयोग सामग्री के यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकता है।

आमतौर पर, थर्मल इन्सुलेशन क्योरिंग फेल्ट की बाहरी सतह को कटाव और पहनने के साथ-साथ कण संदूषण को कम करने के लिए एक सतत ग्रेफाइट कोटिंग या पन्नी के साथ लेपित किया जाता है। कार्बन-आधारित थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के अन्य प्रकार भी मौजूद हैं, जैसे कार्बन फोम। सामान्य तौर पर, ग्रेफाइटाइज्ड सामग्रियों को स्पष्ट रूप से पसंद किया जाता है क्योंकि ग्रेफाइटाइजेशन फाइबर के सतह क्षेत्र को बहुत कम कर देता है। इन उच्च-सतह-क्षेत्र सामग्री का आउटगैसिंग बहुत कम हो जाता है, और भट्ठी को उपयुक्त वैक्यूम में पंप करने में कम समय लगता है। एक और सी / सी मिश्रित सामग्री है, जिसमें हल्के वजन, उच्च क्षति सहिष्णुता और उच्च शक्ति जैसी उत्कृष्ट विशेषताएं हैं। ग्रेफाइट भागों को बदलने के लिए थर्मल क्षेत्रों में उपयोग किए जाने से ग्रेफाइट भागों के प्रतिस्थापन की आवृत्ति काफी कम हो जाती है, मोनोक्रिस्टलाइन गुणवत्ता और उत्पादन स्थिरता में सुधार होता है।

कच्चे माल के वर्गीकरण के अनुसार, कार्बन फेल्ट को पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फेल्ट, विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट और पिच-आधारित कार्बन फेल्ट में विभाजित किया जा सकता है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फेल्ट में राख की मात्रा बहुत अधिक होती है। उच्च तापमान उपचार के बाद, एकल फाइबर भंगुर हो जाता है। संचालन के दौरान, भट्ठी के वातावरण को प्रदूषित करने के लिए धूल उत्पन्न करना आसान है। साथ ही, फाइबर आसानी से मानव शरीर के छिद्रों और श्वसन पथ में प्रवेश कर सकता है, जो मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है। विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट में अच्छा थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन होता है। यह गर्मी उपचार के बाद अपेक्षाकृत नरम होता है और धूल उत्पन्न करना आसान नहीं होता है। हालांकि, विस्कोस-आधारित कच्चे फाइबर का क्रॉस-सेक्शन अनियमित है, और फाइबर की सतह पर कई खांचे हैं। CZ सिलिकॉन भट्टी के ऑक्सीकरण वातावरण के तहत C02 जैसी गैसों को उत्पन्न करना आसान है, जिससे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सामग्री में ऑक्सीजन और कार्बन तत्वों की वर्षा होती है। मुख्य निर्माताओं में जर्मन SGL और अन्य कंपनियां शामिल हैं। वर्तमान में, सेमीकंडक्टर मोनोक्रिस्टलाइन उद्योग में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पिच-आधारित कार्बन फेल्ट है, जिसका थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन विस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट की तुलना में खराब है, लेकिन पिच-आधारित कार्बन फेल्ट की शुद्धता अधिक होती है और धूल उत्सर्जन कम होता है। निर्माताओं में जापान की कुरेहा केमिकल और ओसाका गैस शामिल हैं।
क्योंकि कार्बन फेल्ट का आकार तय नहीं होता, इसलिए इसे चलाना असुविधाजनक होता है। अब कई कंपनियों ने कार्बन फेल्ट-क्योर कार्बन फेल्ट पर आधारित एक नई थर्मल इन्सुलेशन सामग्री विकसित की है। क्योर्ड कार्बन फेल्ट, जिसे हार्ड फेल्ट भी कहा जाता है, एक कार्बन फेल्ट है जिसमें एक निश्चित आकार और आत्मनिर्भर गुण होता है, जब सॉफ्ट फेल्ट को राल, लेमिनेट, क्योर्ड और कार्बोनाइज्ड के साथ लगाया जाता है।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की वृद्धि गुणवत्ता सीधे थर्मल वातावरण से प्रभावित होती है, और कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन सामग्री इस वातावरण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन सॉफ्ट फेल्ट को अभी भी फोटोवोल्टिक सेमीकंडक्टर उद्योग में इसकी लागत लाभ, उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन प्रभाव, लचीले डिजाइन और अनुकूलन योग्य आकार के कारण एक महत्वपूर्ण लाभ है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर हार्ड थर्मल इन्सुलेशन फेल्ट में अपनी निश्चित ताकत और उच्च संचालन क्षमता के कारण थर्मल फील्ड सामग्री बाजार में अधिक विकास स्थान होगा। हम थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास के लिए प्रतिबद्ध हैं, और फोटोवोल्टिक सेमीकंडक्टर उद्योग की समृद्धि और विकास को बढ़ावा देने के लिए उत्पाद प्रदर्शन को लगातार अनुकूलित करते हैं।