1 Көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарында кремний карбиді жабынын қолдану және зерттеу барысы
1.1 Тигель дайындаудағы қолдану және зерттеу ілгерілеуі
Монокристалды термиялық өрісте,көміртегі/көміртегі тигелінегізінен кремний материалын тасымалдаушы ыдыс ретінде қолданылады және жанасадыкварц тигелі, 2-суретте көрсетілгендей. Көміртегі/көміртегі тигелі жұмыс температурасы шамамен 1450℃ құрайды, ол қатты кремнийдің (кремний диоксиді) және кремний буының қос эрозиясына ұшырайды, ақырында тигель жұқа болады немесе сақина тәрізді жарықшақ пайда болады, нәтижесінде тигель істен шығады.
Композиттік жабын көміртекті/көміртекті композиттік тигель химиялық бу өткізгіштік процесі және in situ реакциясы арқылы дайындалды. Композиттік жабын кремний карбидті жабынынан (100~300 мкм), кремний жабынынан (10~20 мкм) және кремний нитридті жабынынан (50~100 мкм) тұрды, бұл көміртекті/көміртекті композиттік тигельдің ішкі бетіндегі кремний буының коррозиясын тиімді түрде тежейді. Өндіріс процесінде композиттік жабынмен қапталған көміртекті/көміртекті композиттік тигельдің жоғалуы әр пеш үшін 0,04 мм құрайды, ал қызмет ету мерзімі 180 пеш уақытына жетуі мүмкін.
Зерттеушілер көміртегі/көміртекті композитті тигельдің бетінде белгілі бір температура жағдайында біркелкі кремний карбидті жабынды жасау және тасымалдаушы газды қорғау үшін химиялық реакция әдісін қолданды, жоғары температуралы күйдіру пешінде шикізат ретінде кремний диоксиді мен кремний металын пайдаланды. Нәтижелер жоғары температуралы өңдеу тек сигма жабынының тазалығы мен беріктігін жақсартып қана қоймай, сонымен қатар көміртегі/көміртекті композит бетінің тозуға төзімділігін айтарлықтай жақсартатынын және монокристалды кремний пешіндегі SiO2 буы мен ұшпа оттегі атомдарымен тигель бетінің коррозиясының алдын алатынын көрсетеді. Тигельдің қызмет ету мерзімі сигма жабыны жоқ тигельмен салыстырғанда 20%-ға артады.
1.2 Ағын бағыттаушы түтіктегі қолдану және зерттеу барысы
Бағыттаушы цилиндр тигельдің үстінде орналасқан (1-суретте көрсетілгендей). Кристалды тарту процесінде өрістің ішіндегі және сыртындағы температура айырмашылығы үлкен, әсіресе төменгі беті балқытылған кремний материалына ең жақын, температура ең жоғары және кремний буының коррозиясы ең ауыр.
Зерттеушілер бағыттаушы түтіктің тотығуға қарсы жабыны мен дайындау әдісінің қарапайым процесін және жақсы тотығуға төзімділігін ойлап тапты. Алдымен бағыттаушы түтіктің матрицасында кремний карбидінің мұртының қабаты өсірілді, содан кейін тығыз кремний карбидінің сыртқы қабаты дайындалды, осылайша матрица мен тығыз кремний карбидінің беткі қабаты арасында SiCw өтпелі қабаты пайда болды, бұл 3-суретте көрсетілген. Термиялық кеңею коэффициенті матрица мен кремний карбиді арасында болды. Бұл термиялық кеңею коэффициентінің сәйкессіздігінен туындаған термиялық кернеуді тиімді түрде азайта алады.
Талдау көрсеткендей, SiCw мөлшерінің артуымен жабындағы жарықтардың мөлшері мен саны азаяды. 1100 ℃ ауада 10 сағат тотығудан кейін жабын үлгісінің салмақ жоғалту жылдамдығы тек 0,87% ~ 8,87% құрайды, ал кремний карбиді жабынының тотығуға төзімділігі мен термиялық соққыға төзімділігі айтарлықтай жақсарады. Барлық дайындау процесі химиялық бумен тұндыру арқылы үздіксіз аяқталады, кремний карбиді жабынын дайындау айтарлықтай жеңілдетіледі және бүкіл саптаманың жан-жақты жұмысы күшейтіледі.
Зерттеушілер чер монокристалды кремнийіне арналған графит бағыттаушы түтіктің матрицасын нығайту және бетін жабу әдісін ұсынды. Алынған кремний карбиді суспензиясы графит бағыттаушы түтіктің бетіне 30-50 мкм жабын қалыңдығымен щеткамен жабу немесе бүрку әдісімен біркелкі жағылды, содан кейін in-situ реакциясы үшін жоғары температуралы пешке салынды, реакция температурасы 1850-2300 ℃, ал жылуды сақтау уақыты 2-6 сағат болды. SiC сыртқы қабатын 24 дюйм (60,96 см) монокристалды өсіру пешінде пайдалануға болады, пайдалану температурасы 1500 ℃, және 1500 сағаттан кейін графит бағыттаушы цилиндрдің бетінде жарылу және құлау ұнтағы болмайтыны анықталды.
1.3 Оқшаулау цилиндріндегі қолдану және зерттеу прогресі
Монокристалды кремний термиялық өріс жүйесінің негізгі компоненттерінің бірі ретінде оқшаулағыш цилиндр негізінен жылу шығынын азайту және жылу өрісі ортасының температура градиентін басқару үшін қолданылады. Монокристалды пештің ішкі қабырға оқшаулағыш қабатының тірек бөлігі ретінде кремний буының коррозиясы өнімнің қождың түсуіне және жарылуына әкеледі, бұл ақырында өнімнің істен шығуына әкеледі.
C/C-sic композиттік оқшаулағыш түтігінің кремний буының коррозияға төзімділігін одан әрі арттыру үшін зерттеушілер дайындалған C/C-sic композиттік оқшаулағыш түтік өнімдерін химиялық бу реакциясы пешіне салып, химиялық бумен тұндыру процесі арқылы C/C-sic композиттік оқшаулағыш түтік өнімдерінің бетіне тығыз кремний карбидті жабын дайындады. Нәтижелер көрсеткендей, бұл процесс кремний буымен C/C-sic композитінің өзегіндегі көміртекті талшықтың коррозиясын тиімді түрде тежейді, ал кремний буының коррозияға төзімділігі көміртекті/көміртекті композитпен салыстырғанда 5-10 есеге артады, ал оқшаулағыш цилиндрдің қызмет ету мерзімі мен жылу өрісі ортасының қауіпсіздігі айтарлықтай жақсарады.
2. Қорытынды және болжам
Кремний карбидті жабыныжоғары температурада тотығуға төзімділігінің арқасында көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарында кеңінен қолданылады. Монокристалды кремний өндірісінде қолданылатын көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарының мөлшерінің ұлғаюымен, термиялық өріс материалдарының бетіндегі кремний карбидті жабынының біркелкілігін қалай жақсарту және көміртегі/көміртегі термиялық өріс материалдарының қызмет ету мерзімін жақсарту шешімін қажет ететін өзекті мәселеге айналды.
Екінші жағынан, монокристалды кремний өнеркәсібінің дамуымен жоғары тазалықтағы көміртекті/көміртекті термиялық өріс материалдарына сұраныс та артып келеді, және реакция кезінде ішкі көміртекті талшықтарда SiC нанотәждері де өсіріледі. Тәжірибелер арқылы дайындалған C/C-ZRC және C/C-sic ZrC композиттерінің массалық абляция және сызықтық абляция жылдамдықтары сәйкесінше -0,32 мг/с және 2,57 мкм/с құрайды. C/C-sic-ZrC композиттерінің массалық және сызықтық абляция жылдамдықтары сәйкесінше -0,24 мг/с және 1,66 мкм/с құрайды. SiC нанотәждері бар C/C-ZRC композиттерінің абляциялық қасиеттері жақсырақ. Кейінірек SiC нанотәждерінің өсуіне әртүрлі көміртек көздерінің әсері және SiC нанотәждерінің C/C-ZRC композиттерінің абляциялық қасиеттерін күшейту механизмі зерттеледі.
Композиттік жабын көміртекті/көміртекті композиттік тигель химиялық бу өткізгіштік процесі және in situ реакциясы арқылы дайындалды. Композиттік жабын кремний карбидті жабынынан (100~300 мкм), кремний жабынынан (10~20 мкм) және кремний нитридті жабынынан (50~100 мкм) тұрды, бұл көміртекті/көміртекті композиттік тигельдің ішкі бетіндегі кремний буының коррозиясын тиімді түрде тежейді. Өндіріс процесінде композиттік жабынмен қапталған көміртекті/көміртекті композиттік тигельдің жоғалуы әр пеш үшін 0,04 мм құрайды, ал қызмет ету мерзімі 180 пеш уақытына жетуі мүмкін.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 22 ақпан