Vaxtarferli einkristallaðs kísils fer fram að fullu í hitasviði. Gott hitasvið stuðlar að því að bæta gæði kristalla og hefur meiri kristöllunarhagkvæmni. Hönnun hitasviðsins ræður að miklu leyti breytingum á hitastigshalla í kraftmiklu hitasviði og gasflæði í ofnhólfinu. Munurinn á efnum sem notuð eru í hitasviðinu ræður beint endingartíma hitasviðsins. Óeðlilegt hitasvið gerir það ekki aðeins erfitt að rækta kristalla sem uppfylla gæðakröfur, heldur getur það heldur ekki ræktað heila einkristallaða við ákveðnar ferliskröfur. Þess vegna lítur bein-dráttar einkristallað kísilliðnaðurinn á hönnun hitasviðs sem kjarnatækni og fjárfestir miklum mannafla og efnisauðlindum í rannsóknir og þróun á hitasviði.
Varmakerfið er samsett úr ýmsum efnum í varmasviðinu. Við kynnum aðeins stuttlega efnin sem notuð eru í varmasviðinu. Hvað varðar hitadreifingu í varmasviðinu og áhrif hennar á kristaldrægni, munum við ekki greina það hér. Varmasviðsefnið vísar til uppbyggingar og varmaeinangrunarhluta í lofttæmisofnhólfinu þar sem kristalvöxtur fer fram, sem er nauðsynlegur til að skapa viðeigandi hitadreifingu í kringum hálfleiðarabræðsluna og kristallinn.
1. Efni fyrir varmasviðsbyggingu
Grunnefni fyrir beina aðferð til að rækta einkristallað kísill er grafít með mikilli hreinleika. Grafítefni gegna mjög mikilvægu hlutverki í nútíma iðnaði. Þau geta verið notuð sem byggingarhlutar í hitasviði, svo semhitari, leiðarrör, deiglur, einangrunarrör, deiglubakkar o.s.frv. við framleiðslu á einkristallaðri kísill með Czochralski-aðferðinni.
Grafít efnieru valin vegna þess að þau eru auðveld í framleiðslu í miklu magni, hægt er að vinna þau úr og þau þola háan hita. Kolefni í formi demants eða grafíts hefur hærra bræðslumark en nokkurt frumefni eða efnasamband. Grafítefni eru nokkuð sterk, sérstaklega við hátt hitastig, og raf- og varmaleiðni þeirra er einnig nokkuð góð. Rafleiðni þess gerir það hentugt sem ...hitariefni. Það hefur viðunandi varmaleiðnistuðul, sem gerir það að verkum að varminn sem hitarinn myndar dreifist jafnt í deigluna og aðra hluta hitasviðsins. Hins vegar, við hátt hitastig, sérstaklega yfir langar vegalengdir, er aðal varmaflutningsleiðin geislun.
Grafíthlutar eru upphaflega gerðir úr fínum kolefnisögnum sem blandað er við bindiefni og myndaðir með útpressun eða jafnstöðupressun. Hágæða grafíthlutar eru venjulega jafnstöðupressaðir. Allur hlutinn er fyrst kolefnisblandaður og síðan grafítiseraður við mjög hátt hitastig, nálægt 3000°C. Hlutirnir sem unnir eru úr þessum heilu hlutum eru venjulega hreinsaðir í klórinnihaldandi andrúmslofti við hátt hitastig til að fjarlægja málmmengun til að uppfylla kröfur hálfleiðaraiðnaðarins. Hins vegar, jafnvel eftir viðeigandi hreinsun, er magn málmmengunarinnar nokkrum stærðargráðum hærra en það sem leyfilegt er fyrir einkristallað kísillefni. Því verður að gæta varúðar við hönnun varmasviðsins til að koma í veg fyrir að mengun þessara íhluta komist inn í bráðið eða kristallyfirborðið.
Grafítefni eru lítillega gegndræp, sem gerir það auðvelt fyrir eftirstandandi málm að ná til yfirborðsins. Þar að auki getur kísillmonoxíð, sem er til staðar í hreinsunargasinu í kringum grafítyfirborðið, komist inn í flest efni og hvarfast.
Fyrstu einkristallaðir kísillofnar voru úr eldföstum málmum eins og wolfram og mólýbdeni. Með vaxandi þroska grafítvinnslutækni hafa rafmagnseiginleikar tengingarinnar milli grafítíhluta orðið stöðugri og einkristallaðir kísillofnar hafa alveg komið í stað wolframs, mólýbden og annarra efnishitana. Sem stendur er mest notaða grafítefnið ísostatískt grafít. Tækni landsins til að framleiða ísostatískt grafít er tiltölulega afturförðuð og flest grafítefni sem notuð eru í innlendum sólarorkuiðnaði eru flutt inn erlendis frá. Erlendir framleiðendur ísostatísks grafíts eru aðallega þýskir SGL, japanskir Tokai Carbon og japanskir Toyo Tanso. Í einkristallaða kísillofnum Czochralski eru stundum notuð C/C samsett efni og þau hafa byrjað að vera notuð til að framleiða bolta, hnetur, deiglur, álagsplötur og aðra íhluti. Kolefni/kolefni (C/C) samsett efni eru kolefnisþráðastyrkt kolefnisbundin samsett efni með röð framúrskarandi eiginleika eins og mikinn eðlisstyrk, háan eðlisstuðul, lágan varmaþenslustuðul, góða rafleiðni, mikla brotþol, lágan eðlisþyngdarafl, hitaáfallsþol, tæringarþol og háan hitaþol. Sem stendur eru þau mikið notuð í flug- og geimferðum, kappakstri, lífefnum og öðrum sviðum sem ný háhitaþolin byggingarefni. Sem stendur eru helstu flöskuhálsar sem innlend C/C samsett efni standa frammi fyrir enn kostnaður og iðnvæðingarmál.
Mörg önnur efni eru notuð til að búa til varmasvið. Kolefnisstyrkt grafít hefur betri vélræna eiginleika; en það er dýrara og hefur aðrar kröfur um hönnun.Kísilkarbíð (SiC)er betra efni en grafít að mörgu leyti, en það er mun dýrara og erfiðara að framleiða stórar hlutar. Hins vegar er SiC oft notað semCVD húðuntil að auka líftíma grafíthluta sem verða fyrir ætandi kísillmonoxíðgasi og getur einnig dregið úr mengun frá grafíti. Þétt CVD kísillkarbíðhúðun kemur í veg fyrir að mengunarefni inni í örholóttu grafítefninu nái til yfirborðsins.
Annað efni er CVD kolefni, sem getur einnig myndað þétt lag ofan á grafíthlutanum. Önnur efni sem þola háan hita, eins og mólýbden eða keramik sem geta þolað umhverfið, er hægt að nota þar sem engin hætta er á mengun bráðins efnis. Hins vegar eru oxíðkeramik almennt takmörkuð í notagildi sínu fyrir grafítefni við hátt hitastig og fáir aðrir möguleikar eru í boði ef einangrun er nauðsynleg. Einn er sexhyrnt bórnítríð (stundum kallað hvítt grafít vegna svipaðra eiginleika), en vélrænir eiginleikar eru lélegir. Mólýbden er almennt notað á sanngjarnan hátt við aðstæður við hátt hitastig vegna hóflegs kostnaðar, lágs dreifingarhraða í kísillkristöllum og mjög lágs aðskilnaðarstuðuls upp á um 5 × 108, sem leyfir ákveðna mengun mólýbden áður en kristallabyggingin eyðileggst.
2. Einangrunarefni
Algengasta einangrunarefnið er kolefnisfilt í ýmsum myndum. Kolefnisfilt er úr þunnum trefjum sem virka sem einangrun þar sem þær hindra varmageislun margoft yfir stutta vegalengd. Mjúka kolefnisfiltið er ofið í tiltölulega þunnar efnisþynnur sem síðan eru skornar í þá lögun sem óskað er eftir og þétt beygðar í hæfilegan radíus. Hert filt er úr svipuðum trefjaefnum og kolefnisinnihaldandi bindiefni er notað til að tengja dreifðu trefjarnar saman í fastari og lagaðri hlut. Notkun efnafræðilegrar gufuútfellingar kolefnis í stað bindiefnis getur bætt vélræna eiginleika efnisins.
Venjulega er ytra yfirborð einangrunarefnisins húðað með samfelldri grafíthúð eða filmu til að draga úr rofi og sliti sem og mengun agna. Aðrar gerðir af kolefnisbundnum einangrunarefnum eru einnig til, svo sem kolefnisfroða. Almennt eru grafítuð efni augljóslega æskileg vegna þess að grafítmyndun minnkar mjög yfirborðsflatarmál trefjarinnar. Útgasun þessara efna með stórt yfirborðsflatarmál minnkar verulega og það tekur styttri tíma að dæla ofninum í viðeigandi lofttæmi. Annað er C/C samsett efni, sem hefur framúrskarandi eiginleika eins og léttan þunga, mikið skemmdaþol og mikinn styrk. Notkun á varmasviðum til að skipta út grafíthlutum dregur verulega úr tíðni endurnýjunar grafíthluta, bætir gæði einkristallaðra og stöðugleika framleiðslu.
Samkvæmt flokkun hráefna má skipta kolefnisfilti í kolefnisfilt úr pólýakrýlnítríl, kolefnisfilt úr viskósu og kolefnisfilt úr biki.
Kolefnisfilt úr pólýakrýlnítríl hefur mikið öskuinnihald. Eftir háhitameðferð verður einstakur trefjar brothættur. Við notkun er auðvelt að mynda ryk sem mengar umhverfi ofnsins. Á sama tíma geta trefjarnar auðveldlega komist inn í svitaholur og öndunarveg mannslíkamans, sem er skaðlegt heilsu manna. Viskósu-bundinn kolefnisfilt hefur góða einangrunareiginleika. Hann er tiltölulega mjúkur eftir hitameðferð og myndar ekki auðvelt ryk. Hins vegar er þversnið viskósu-bundinna hrátrefja óreglulegt og það eru margar rásir á yfirborði trefjanna. Það er auðvelt að mynda lofttegundir eins og CO2 undir oxandi andrúmslofti CZ kísillofnsins, sem veldur útfellingu súrefnis og kolefnisþátta í einkristallaða kísillefninu. Helstu framleiðendur eru þýska SGL og önnur fyrirtæki. Eins og er er kolefnisfilt úr biki mest notað í hálfleiðara einkristallaða iðnaðinum, sem hefur verri einangrunareiginleika en kolefnisfilt úr viskósu, en kolefnisfilt úr biki hefur meiri hreinleika og minni ryklosun. Meðal framleiðenda eru japanska Kureha Chemical og Osaka Gas.
Þar sem lögun kolefnisfilts er ekki föst er það óþægilegt í notkun. Nú hafa mörg fyrirtæki þróað nýtt einangrunarefni byggt á kolefnisfilti sem hefur verið hert. Hert kolefnisfilt, einnig kallað harðfilt, er kolefnisfilt með ákveðna lögun og sjálfbærni eftir að mjúkur filt hefur verið gegndreypt með plastefni, lagskipt, hert og kolsýrt.
Vaxtargæði einkristallaðs kísils eru beint háð hitaumhverfinu og einangrunarefni úr kolefnisþráðum gegna lykilhlutverki í þessu umhverfi. Mjúkt einangrunarefni úr kolefnisþráðum hefur enn verulegan kost í sólarljósa hálfleiðaraiðnaðinum vegna kostnaðarforskots, framúrskarandi einangrunaráhrifa, sveigjanlegrar hönnunar og sérsniðinnar lögunar. Að auki mun harður einangrunarefni úr kolefnisþráðum hafa meira þróunarrými á markaði fyrir hitasviðsefni vegna ákveðins styrks og meiri notagildis. Við erum staðráðin í rannsóknum og þróun á sviði einangrunarefna og hámarkum stöðugt afköst vörunnar til að stuðla að velmegun og þróun sólarljósa hálfleiðaraiðnaðarins.
Birtingartími: 12. júní 2024