Քվարցային նավակ. կարևորագույն կրող ֆոտովոլտային և կիսահաղորդչային արդյունաբերություններում

Ի՞նչ է քվարցային նավակը։

A քվարցային նավակբարձր մաքրության հալված սիլիցիումից պատրաստված ճշգրիտ կրիչ է, որը սովորաբար ունի բազմակի ակոսային դիզայն: Այն օգտագործվում է սիլիցիումային թիթեղներ, կիսահաղորդչային հիմքեր կամ այլ նյութեր պահելու համար բարձր ջերմաստիճանային գործընթացների ընթացքում: Ֆոտովոլտային և կիսահաղորդչային արտադրության մեջ քվարցային նավակները կարևոր գործիքներ են կարևորագույն գործընթացների համար, ինչպիսիք են դիֆուզիան, քիմիական գոլորշիների նստեցումը (ՔԳՆ) և թրծումը, որոնք անմիջականորեն ազդում են արտադրության արդյունավետության և արտադրանքի բերքատվության վրա:

Հիմնական գործառույթներ:

Ֆոտովոլտային էներգիաՕգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանի վառարաններում սիլիցիումային վեֆլերի ֆոսֆորի դիֆուզիայում (PN միացումներ ձևավորելու համար) և պասիվացման շերտերի նստեցման մեջ։
ԿիսահաղորդիչներՉիպսերի արտադրության մեջ օքսիդացման, փորագրման և բարակ թաղանթային նստեցման ժամանակ կրում է թիթեղներ։

Ինչպե՞ս է նախագծվում և արտադրվում քվարցային նավակը։

Դիզայնըքվարցե վաֆլի նավակպետք է համապատասխանի հետևյալ չափանիշներին՝
-Գերբարձր մաքրություն:

Աղտոտումից խուսափելու համար SiO2 հումքի մաքրությունը պետք է գերազանցի 99.99%-ը։

-Բարձր ջերմաստիճանի դիմադրություն:

Դիմակայել 1200℃-ից բարձր ջերմաստիճանների երկարատև ազդեցությանը՝ առանց կառուցվածքային քայքայման։

-Ցածր ջերմային ընդարձակում:

Ջերմային ընդարձակման գործակիցը (ՋԸԳ) պետք է նվազագույնի հասցվի (≈5.5 x 10-6/℃)՝ ծռումը կամ ճաքերի առաջացումը կանխելու համար։

-Ճշգրիտ անցքերի դիզայն:

Ճեղքերի միջև ընկած տարածության հանդուրժողականությունը կարգավորվում է ± 0.1 մմ-ի սահմաններում՝ միատարր տաքացումն ապահովելու համար։

Ինչպե՞ս է պատրաստվում քվարցային նավակը։

Հումքի մաքրում:

Բնական քվարցային ավազը հալվում է էլեկտրական աղեղային վառարանում 2000°C ջերմաստիճանում՝ Fe, Al և Na նման խառնուրդները հեռացնելու համար։

Ձևավորման տեխնիկաներ:

CNC մեքենայացում. Համակարգչային ուղղորդվող գործիքները կտրում են անցքեր միլիմետրից մի փոքր ավելի ճշգրտությամբ։
Ձուլում. Բարդ երկրաչափական ձևերի համար հալեցված սիլիցիումը լցվում է գրաֆիտային ձուլվածքների մեջ և թրծվում։

Մակերեսային կատարելություն:

Ադամանդե գործիքով հղկման միջոցով մակերեսի կոպտությունը (Ra) կազմում է <0.5 մկմ, նվազագույնի հասցնելով մասնիկների կպչունությունը։
Թթվային լվացումը (օրինակ՝ HCl) հեռացնում է մնացորդային աղտոտիչները։

Խիստ փորձարկում:

Ջերմային ցնցման փորձարկում. արագ ցիկլով անցնում է 25℃-ից մինչև 1200℃ ջերմաստիճան՝ ճաքերի նկատմամբ դիմադրությունը ստուգելու համար։
Մաքրության վերլուծություն. Լուսարձակման զանգվածային սպեկտրոմետրիան (GDMS) հայտնաբերում է հետքային խառնուրդներ:

Ինչո՞ւ են քվարցային նավակները անփոխարինելի այս ոլորտներում։

Քիմիական իներտությունԲարձր ջերմաստիճաններում դիմադրում է թթուների, ալկալիների, քլորի և տեխնոլոգիական գազերի հետ ռեակցիաներին։

Ջերմային կայունությունՇատ ավելի լավ է, քան մետաղները կամ կերամիկան արագ ջերմային ցիկլի մեջ՝ գերցածր CTE-ի շնորհիվ։

Օպտիկական թափանցիկությունԹույլ է տալիս ուլտրամանուշակագույն-ինֆրակարմիր լույսի թափանցում լուսանկարով օժանդակվող CVD գործընթացների համար։

Համեմատություն:

Սիլիկոնային կարբիդից (SiC) նավակԱվելի բարձր գին և թթվածնի հետ ռեակտիվություն (առաջացնում է CO2):

Գրաֆիտային նավակԱծխածնային աղտոտման ռիսկը ազդում է թիթեղների դիմադրության վրա։

Ինչպե՞ս են քվարցային նավակները գործում ֆոտովոլտային արտադրական գծերում։

Ֆոսֆորի դիֆուզիա:
Գործընթացը. Սիլիկոնային վեֆլիները բեռնվում են քվարցային նավակների մեջ և ենթարկվում POCl3 գազի ազդեցությանը 850-950℃ ջերմաստիճանում՝ PN միացումներ առաջացնելու համար։
Քվարցը ունի բարձր կոռոզիոն դիմադրություն ագրեսիվ POCl3 միջավայրերի նկատմամբ։

PERC բջիջների պասիվացում:
Գործընթաց՝ Պահում է վեֆլիները Al2O3 նստեցման ժամանակ՝ հետին մակերեսի պասիվացման համար, բարձրացնելով փոխակերպման արդյունավետությունը։
Կարևոր պարամետր. Ափսեի դիզայնը ապահովում է թաղանթի հաստության միատարրություն ≤3%:

Ինչպե՞ս են քվարցային նավակները ապահովում վաֆլիի մշակման ճշգրտությունը։

Օքսիդացման գործընթացներ:
Գործընթաց՝ Վաֆլիները ուղղահայաց բեռնվում են քվարցե նավակի մեջ՝ 1100℃ ջերմաստիճանում չոր/թաց օքսիդացման համար՝ SiO2 շերտեր աճեցնելու համար։
Դիզայնի առանձնահատկությունը՝ ճեղքային պատերը տեղադրված են 5-10° անկյան տակ՝ թիթեղների սահքը կանխելու համար։

Սրտանոթային հիվանդությունների գործընթացներ:
Գործընթաց. Հնարավորություն է տալիս պլազմայի միատարր բաշխմանը Si3N4-ի կամ պոլիսիլիցիումի նստեցման ժամանակ։
Նորարարություն. առաջադեմ դիզայնը ներառում է գազի հոսքի ալիքներ՝ թաղանթի հետևողականությունը բարելավելու համար:

Ի՞նչ մեթոդներ են երկարացնում քվարցային բոայի կյանքի տևողությունը՝ միաժամանակ նվազագույնի հասցնելով պարապուրդի ժամանակը։

Մաքրման ցիկլեր:
Ամեն օր. Ապաիոնացված ջուր + CO2 ձյան շիթով մաքրումը հեռացնում է չամրացված մասնիկները:

Շաբաթական. 80℃ ջերմաստիճանում 5% կիտրոնաթթվի մեջ ընկղմումը լուծարում է մետաղական օքսիդները:

Ստուգման ստուգաթերթիկ:
Ապակիազերծում. Քվարցի վրա սպիտակ բծերը վկայում են բյուրեղացման մասին։ Փոխարինեք, եթե ծածկույթը գերազանցում է 5%-ը։
Միկրոկեղքեր. օգտագործեք ներկանյութի թափանցող թեստ՝ ենթամակերևութային թերությունները հայտնաբերելու համար:

Ի՞նչ առաջընթացներ կվերաձևակերպեն քվարցային նավակների տեխնոլոգիան։

Ինտերնետային իրերի միջոցով աշխատող նավակներ:
Ներկառուցված մանրաթելային Բրեգգի ցանցի (FBG) սենսորները վերահսկում են ջերմաստիճանի իրական ժամանակի գրադիենտները (±1°C ճշգրտությամբ):

Առաջադեմ ծածկույթներ:
Իտրիումով կայունացված ցիրկոնիումի (YSZ) ծածկույթները էպիտաքսիալ ռեակտորներում 70%-ով նվազեցնում են սիլիցիումի կարբիդի կուտակումը։

Հավելյալ արտադրություն:
3D տպիչով պատրաստված քվարցային նավակները ցանցային կառուցվածքներով կրճատում են քաշը 40%-ով՝ միաժամանակ պահպանելով ամրությունը։

Եզրակացություն

Թերավատային մասշտաբի արևային ֆերմաների ստեղծումից մինչև արհեստական ​​բանականության հեղափոխության հզորացում՝ առաջադեմ կիսահաղորդիչների միջոցով,քվարցային նավակժամանակակից տեխնոլոգիաների համեստ աշխատանքային ձիերն են։ Քանի որ արդյունաբերությունները ընդլայնում են մանրանկարչության և արդյունավետության սահմանները, քվարցային նավակների նախագծման և նյութագիտության նորարարությունները կմնան առանցքային՝ ապացուցելով, որ նույնիսկ արհեստական ​​բանականության և քվանտային հաշվարկների դարաշրջանում որոշ «հին դպրոցի» նյութեր դեռևս պահպանում են ապագայի բանալիները։