Proses pertumbuhan silikon monokristalin ditindakake kanthi lengkap ing medan termal. Medan termal sing apik mbantu ningkatake kualitas kristal lan nduweni efisiensi kristalisasi sing luwih dhuwur. Desain medan termal umume nemtokake owah-owahan gradien suhu ing medan termal dinamis lan aliran gas ing ruang tungku. Bedane bahan sing digunakake ing medan termal langsung nemtokake umur layanan medan termal. Medan termal sing ora masuk akal ora mung angel kanggo nuwuhake kristal sing memenuhi syarat kualitas, nanging uga ora bisa nuwuhake monokristalin lengkap ing syarat proses tartamtu. Iki sebabe industri silikon monokristalin tarik langsung nganggep desain medan termal minangka teknologi paling inti lan nandur modal tenaga kerja lan sumber daya materi sing akeh ing riset lan pangembangan medan termal.
Sistem termal kasusun saka macem-macem bahan medan termal. Kita mung ngenalake kanthi ringkes bahan sing digunakake ing medan termal. Babagan distribusi suhu ing medan termal lan pengaruhe marang tarikan kristal, kita ora bakal nganalisa ing kene. Bahan medan termal nuduhake struktur lan bagean insulasi termal ing ruang tungku vakum saka pertumbuhan kristal, sing penting kanggo nggawe distribusi suhu sing cocog ing sekitar leleh semikonduktor lan kristal.
1. Bahan struktur medan termal
Bahan pendukung dhasar kanggo metode tarik langsung kanggo nuwuhake silikon monokristalin yaiku grafit kanthi kemurnian dhuwur. Bahan grafit nduweni peran penting banget ing industri modern. Bahan kasebut bisa digunakake minangka komponen struktural medan panas kayatapemanas, tabung pandhuan, wadhah lebur, tabung insulasi, tray wadah, lan liya-liyane ing persiapan silikon monokristalin kanthi metode Czochralski.
Bahan grafitdipilih amarga gampang disiapake kanthi volume gedhe, bisa diproses lan tahan suhu dhuwur. Karbon awujud berlian utawa grafit nduweni titik leleh sing luwih dhuwur tinimbang unsur utawa senyawa apa wae. Bahan grafit cukup kuwat, utamane ing suhu dhuwur, lan konduktivitas listrik lan termal uga cukup apik. Konduktivitas listrik ndadekake cocok minangkapemanasmateri. Iki nduweni koefisien konduktivitas termal sing nyukupi, sing ngidini panas sing diasilake dening pemanas disebarake kanthi rata menyang wadah lan bagean liyane saka medan panas. Nanging, ing suhu sing dhuwur, utamane ing jarak sing adoh, mode transfer panas utama yaiku radiasi.
Bagean grafit wiwitane digawe saka partikel karbon alus sing dicampur karo pengikat lan dibentuk kanthi ekstrusi utawa pengepresan isostatik. Bagean grafit sing berkualitas tinggi biasane dipres secara isostatik. Kabeh potongan kasebut dikarbonisasi dhisik banjur digrafitisasi ing suhu sing dhuwur banget, cedhak karo 3000°C. Bagean sing diproses saka kabeh potongan iki biasane dimurnèkaké ing atmosfer sing ngandhut klorin ing suhu sing dhuwur kanggo mbusak kontaminasi logam kanggo nyukupi syarat industri semikonduktor. Nanging, sanajan wis dimurnèkaké kanthi bener, tingkat kontaminasi logam luwih dhuwur tinimbang sing diidinake kanggo bahan silikon monokristalin. Mulane, kudu ati-ati ing desain medan termal kanggo nyegah kontaminasi komponen kasebut mlebu ing permukaan leleh utawa kristal.
Bahan grafit rada permeabel, sing nggampangake logam sing isih ana ing njero tekan permukaan. Kajaba iku, silikon monoksida sing ana ing gas pembersih ing sekitar permukaan grafit bisa nembus menyang sebagian besar bahan lan reaksi.
Pemanas tungku silikon monokristalin awal digawe saka logam refraktori kayata tungsten lan molibdenum. Kanthi teknologi pangolahan grafit sing saya maju, sifat listrik sambungan antarane komponen grafit dadi stabil, lan pemanas tungku silikon monokristalin wis ngganti tungsten, molibdenum, lan pemanas bahan liyane kanthi lengkap. Saiki, bahan grafit sing paling akeh digunakake yaiku grafit isostatik. Teknologi persiapan grafit isostatik negaraku relatif ketinggalan jaman, lan umume bahan grafit sing digunakake ing industri fotovoltaik domestik diimpor saka luar negeri. Produsen grafit isostatik manca utamane kalebu SGL Jerman, Tokai Carbon Jepang, Toyo Tanso Jepang, lan liya-liyane. Ing tungku silikon monokristalin Czochralski, bahan komposit C/C kadhangkala digunakake, lan wis wiwit digunakake kanggo nggawe baut, mur, wadah, pelat beban, lan komponen liyane. Komposit karbon/karbon (C/C) iku komposit berbasis karbon sing diperkuat serat karbon kanthi serangkaian sifat sing apik banget kayata kekuatan spesifik sing dhuwur, modulus spesifik sing dhuwur, koefisien ekspansi termal sing endhek, konduktivitas listrik sing apik, ketangguhan fraktur sing dhuwur, gravitasi spesifik sing endhek, tahan kejut termal, tahan korosi, lan tahan suhu dhuwur. Saiki, komposit iki akeh digunakake ing aerospace, balap, biomaterial, lan bidang liyane minangka bahan struktural anyar sing tahan suhu dhuwur. Saiki, hambatan utama sing ditemoni dening komposit C/C domestik isih masalah biaya lan industrialisasi.
Ana akeh bahan liyane sing digunakake kanggo nggawe medan termal. Grafit sing diperkuat serat karbon nduweni sifat mekanik sing luwih apik; nanging luwih larang lan nduweni syarat liyane kanggo desain.Silikon karbida (SiC)minangka bahan sing luwih apik tinimbang grafit ing pirang-pirang aspek, nanging luwih larang lan angel nyiyapake bagean volume gedhe. Nanging, SiC asring digunakake minangkaLapisan CVDkanggo nambah umur bagean grafit sing kena gas silikon monoksida korosif, lan uga bisa nyuda kontaminasi saka grafit. Lapisan silikon karbida CVD sing padhet kanthi efektif nyegah kontaminan ing njero bahan grafit mikropori supaya ora tekan permukaan.
Liyane yaiku karbon CVD, sing uga bisa mbentuk lapisan sing kandhel ing ndhuwur bagean grafit. Bahan tahan suhu dhuwur liyane, kayata molibdenum utawa bahan keramik sing bisa urip bebarengan karo lingkungan, bisa digunakake ing ngendi ora ana risiko kontaminasi leleh. Nanging, keramik oksida umume diwatesi ing aplikasi kanggo bahan grafit ing suhu dhuwur, lan ana sawetara pilihan liyane yen insulasi dibutuhake. Salah sijine yaiku boron nitrida heksagonal (kadhangkala diarani grafit putih amarga sifat sing padha), nanging sifat mekanik kurang apik. Molibdenum umume digunakake kanthi cukup kanggo kahanan suhu dhuwur amarga biaya moderat, tingkat difusi sing kurang ing kristal silikon, lan koefisien segregasi sing kurang banget yaiku udakara 5 × 108, sing ngidini kontaminasi molibdenum tartamtu sadurunge ngrusak struktur kristal.
2. Bahan insulasi termal
Bahan insulasi sing paling umum digunakake yaiku kain felt karbon ing macem-macem wujud. Karbon felt digawe saka serat tipis, sing tumindak minangka insulasi amarga bisa mblokir radiasi termal kaping pirang-pirang sajrone jarak sing cendhak. Karbon felt alus ditenun dadi lembaran bahan sing relatif tipis, sing banjur dipotong dadi bentuk sing dikarepake lan dibengkokake kanthi rapet dadi radius sing cukup. Felt sing wis diawetake digawe saka bahan serat sing padha, lan pengikat sing ngemot karbon digunakake kanggo nyambungake serat sing kasebar dadi obyek sing luwih padhet lan bentuke. Panggunaan deposisi uap kimia karbon tinimbang pengikat bisa ningkatake sifat mekanik bahan kasebut.
Lumrahé, permukaan njaba saka kain insulasi termal sing wis dikeringake dilapisi lapisan grafit utawa foil terus-terusan kanggo nyuda erosi lan aus uga kontaminasi partikulat. Jinis bahan insulasi termal berbasis karbon liyane uga ana, kayata busa karbon. Umumé, bahan grafit luwih disenengi amarga grafitisasi nyuda area permukaan serat kanthi signifikan. Gas sing metu saka bahan area permukaan dhuwur iki saya suda, lan butuh wektu luwih sithik kanggo mompa tungku menyang vakum sing cocog. Liyane yaiku bahan komposit C/C, sing nduweni karakteristik sing luar biasa kayata entheng, toleransi kerusakan sing dhuwur lan kekuatan sing dhuwur. Digunakake ing lapangan termal kanggo ngganti bagean grafit kanthi signifikan nyuda frekuensi panggantos bagean grafit, nambah kualitas monokristalin lan stabilitas produksi.
Miturut klasifikasi bahan mentah, kain felt karbon bisa dipérang dadi kain felt karbon berbasis poliakrilonitrile, kain felt karbon berbasis viskosa, lan kain felt karbon berbasis pitch.
Karbon adhedhasar poliakrilonitril nduweni kandungan awu sing akeh. Sawise perawatan suhu dhuwur, serat tunggal dadi rapuh. Sajrone operasi, gampang ngasilake bledug kanggo ngrusak lingkungan tungku. Ing wektu sing padha, serat kasebut bisa kanthi gampang mlebu pori-pori lan saluran pernapasan awak manungsa, sing mbebayani kanggo kesehatan manungsa. Karbon adhedhasar viskosa nduweni kinerja insulasi termal sing apik. Relatif alus sawise perawatan panas lan ora gampang ngasilake bledug. Nanging, penampang serat mentah adhedhasar viskosa ora teratur, lan ana akeh alur ing permukaan serat. Gampang ngasilake gas kayata C02 ing atmosfer oksidasi tungku silikon CZ, nyebabake pengendapan oksigen lan unsur karbon ing bahan silikon monokristalin. Produsen utama kalebu SGL Jerman lan perusahaan liyane. Saiki, sing paling akeh digunakake ing industri semikonduktor monokristalin yaiku karbon adhedhasar pitch, sing nduweni kinerja insulasi termal sing luwih elek tinimbang karbon adhedhasar viskosa, nanging karbon adhedhasar pitch nduweni kemurnian sing luwih dhuwur lan emisi bledug sing luwih murah. Produsen kalebu Kureha Chemical lan Osaka Gas Jepang.
Amarga wujudé kain felt karbon ora tetep, mula ora trep dioperasikake. Saiki akèh perusahaan sing ngembangaké bahan insulasi termal anyar adhedhasar kain felt karbon sing diawetké nganggo felt karbon. Felt karbon sing diawetké, uga diarani felt atos, yaiku kain felt karbon kanthi wujud tartamtu lan sipat sing bisa njaga dhiri sawisé felt alus diresapi resin, dilaminasi, diawetké, lan dikarbonisasi.
Kualitas pertumbuhan silikon monokristalin langsung dipengaruhi dening lingkungan termal, lan bahan insulasi termal serat karbon nduweni peran penting ing lingkungan iki. Insulasi termal serat karbon sing alus isih nduweni kaunggulan sing signifikan ing industri semikonduktor fotovoltaik amarga kauntungan biaya, efek insulasi termal sing apik banget, desain fleksibel lan bentuk sing bisa disesuaikan. Kajaba iku, insulasi termal serat karbon sing atos bakal nduweni ruang pangembangan sing luwih gedhe ing pasar bahan lapangan termal amarga kekuatan tartamtu lan operabilitas sing luwih dhuwur. Kita setya kanggo riset lan pangembangan ing bidang bahan insulasi termal, lan terus-terusan ngoptimalake kinerja produk kanggo ningkatake kemakmuran lan pangembangan industri semikonduktor fotovoltaik.
Wektu kiriman: 12 Juni 2024