Монокристалды кремнийдің өсу процесі толығымен жылу өрісінде жүзеге асырылады. Жақсы жылу өрісі кристалдардың сапасын жақсартуға ықпал етеді және кристалдану тиімділігі жоғары. Жылу өрісінің дизайны динамикалық жылу өрісіндегі температура градиенттерінің өзгеруін және пеш камерасындағы газ ағынын көбінесе анықтайды. Жылу өрісінде қолданылатын материалдардың айырмашылығы жылу өрісінің қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды. Ақылға сыйымсыз жылу өрісі сапа талаптарына сай келетін кристалдарды өсіруді қиындатып қана қоймай, сонымен қатар белгілі бір технологиялық талаптар бойынша толық монокристалды өсіре алмайды. Сондықтан тікелей тартылатын монокристалды кремний өнеркәсібі жылу өрісін жобалауды ең негізгі технология деп санайды және жылу өрісін зерттеу мен әзірлеуге үлкен жұмыс күші мен материалдық ресурстарды инвестициялайды.
Жылу жүйесі әртүрлі жылу өрісі материалдарынан тұрады. Біз жылу өрісінде қолданылатын материалдарды қысқаша ғана таныстырамыз. Жылу өрісіндегі температураның таралуына және оның кристалдардың тартылуына әсеріне келетін болсақ, біз оны мұнда талдамаймыз. Жылу өрісінің материалы кристалдардың өсуінің вакуумдық пеш камерасындағы құрылым мен жылу оқшаулағыш бөлігін білдіреді, бұл жартылай өткізгіш балқыма мен кристалдың айналасында тиісті температура таралуын жасау үшін өте маңызды.
1. Жылу өрісінің құрылымдық материалы
Монокристалды кремнийді тікелей тарту әдісімен өсірудің негізгі тірек материалы - жоғары тазалықтағы графит. Графит материалдары қазіргі заманғы өнеркәсіпте өте маңызды рөл атқарады. Оларды жылу өрісінің құрылымдық компоненттері ретінде пайдалануға болады, мысалыжылытқыштар, бағыттаушы түтіктер, тигельдер, оқшаулағыш түтіктер, тигель науалары және т.б. Чохральский әдісімен монокристалды кремнийді дайындауда.
Графит материалдарыірі көлемде дайындау оңай, өңдеуге болады және жоғары температураға төзімді болғандықтан таңдалады. Алмаз немесе графит түріндегі көміртек кез келген элементке немесе қосылысқа қарағанда жоғары балқу температурасына ие. Графит материалдары, әсіресе жоғары температурада, өте берік, және олардың электр және жылу өткізгіштігі де өте жақсы. Оның электр өткізгіштігі оны ... ретінде пайдалануға жарамды етеді.жылытқышматериал. Оның қанағаттанарлық жылу өткізгіштік коэффициенті бар, бұл жылытқыш шығаратын жылуды тигельге және жылу өрісінің басқа бөліктеріне біркелкі таратуға мүмкіндік береді. Дегенмен, жоғары температурада, әсіресе ұзақ қашықтықта, жылу берудің негізгі режимі сәулелену болып табылады.
Графит бөлшектері бастапқыда байланыстырғышпен араластырылған ұсақ көміртекті бөлшектерден жасалады және экструзия немесе изостатикалық престеу арқылы түзіледі. Жоғары сапалы графит бөлшектері әдетте изостатикалық престеу арқылы престеледі. Тұтас бөлік алдымен көміртеледі, содан кейін өте жоғары температурада, 3000°C-қа жақын температурада графиттеледі. Бұл тұтас бөліктерден өңделген бөлшектер әдетте жартылай өткізгіш өнеркәсібінің талаптарына сай металл ластануын жою үшін жоғары температурада хлор құрамдас атмосферада тазартылады. Дегенмен, тиісті тазартудан кейін де металл ластану деңгейі кремний монокристалды материалдары үшін рұқсат етілгеннен бірнеше есе жоғары. Сондықтан, термиялық өрісті жобалау кезінде бұл компоненттердің ластануының балқыма немесе кристалл бетіне түсуіне жол бермеу үшін абай болу керек.
Графит материалдары аздап өткізгіш, бұл ішіндегі қалған металдың бетіне жетуін жеңілдетеді. Сонымен қатар, графит бетінің айналасындағы тазартқыш газдағы кремний тотығы көптеген материалдарға еніп, реакцияға түсуі мүмкін.
Ертедегі монокристалды кремний пешінің жылытқыштары вольфрам және молибден сияқты отқа төзімді металдардан жасалған. Графит өңдеу технологиясының жетілуімен графит компоненттері арасындағы байланыстың электрлік қасиеттері тұрақтанды, ал монокристалды кремний пешінің жылытқыштары вольфрам, молибден және басқа да материалдық жылытқыштарды толығымен алмастырды. Қазіргі уақытта ең көп қолданылатын графит материалы - изостатикалық графит. Менің елімнің изостатикалық графит дайындау технологиясы салыстырмалы түрде артта қалған, ал отандық фотоэлектрлік өнеркәсібінде қолданылатын графит материалдарының көпшілігі шетелден импортталады. Шетелдік изостатикалық графит өндірушілерінің қатарына негізінен Германияның SGL, Жапонияның Tokai Carbon, Жапонияның Toyo Tanso және т.б. кіреді. Чохральски монокристалды кремний пештерінде кейде C/C композиттік материалдары қолданылады және олар болттар, гайкалар, тигельдер, жүктеме пластиналары және басқа да компоненттерді өндіру үшін қолданыла бастады. Көміртекті/көміртекті (C/C) композиттер - жоғары меншікті беріктік, жоғары меншікті модуль, төмен жылу кеңею коэффициенті, жақсы электр өткізгіштік, жоғары сынуға төзімділік, төмен меншікті ауырлық күші, жылу соққысына төзімділік, коррозияға төзімділік және жоғары температураға төзімділік сияқты бірқатар тамаша қасиеттерге ие көміртекті талшықтармен күшейтілген көміртекті негіздегі композиттер. Қазіргі уақытта олар аэроғарыш, жарыс, биоматериалдар және басқа да салаларда жаңа жоғары температураға төзімді құрылымдық материалдар ретінде кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта отандық C/C композиттерінде кездесетін негізгі кедергілер әлі де құны мен индустрияландыру мәселелері болып табылады.
Жылу өрістерін жасау үшін басқа да көптеген материалдар қолданылады. Көміртекті талшықпен күшейтілген графиттің механикалық қасиеттері жақсырақ; бірақ ол қымбатырақ және жобалауға басқа талаптар қойылады.Кремний карбиді (SiC)графитке қарағанда көптеген жағынан жақсы материал болып табылады, бірақ ол әлдеқайда қымбат және үлкен көлемді бөлшектерді дайындау қиын. Дегенмен, SiC көбінесе ... ретінде қолданылады.CVD жабыныкоррозиялық кремний тотығы газына ұшыраған графит бөлшектерінің қызмет ету мерзімін ұзарту және графиттен ластануды азайту үшін қолданылады. Тығыз CVD кремний карбидті жабыны микрокеуекті графит материалының ішіндегі ластаушы заттардың бетіне түсуіне тиімді түрде жол бермейді.
Тағы біреуі - графит бөлігінің үстінде тығыз қабат түзе алатын CVD көміртегі. Қоршаған ортамен бірге өмір сүре алатын молибден немесе керамикалық материалдар сияқты басқа жоғары температураға төзімді материалдарды балқыманың ластану қаупі жоқ жерлерде пайдалануға болады. Дегенмен, оксидті керамиканың жоғары температурадағы графит материалдарына қолданылуы әдетте шектеулі, ал оқшаулау қажет болған жағдайда басқа нұсқалар аз. Біреуі - алтыбұрышты бор нитриді (кейде ұқсас қасиеттеріне байланысты ақ графит деп аталады), бірақ механикалық қасиеттері нашар. Молибден әдетте жоғары температуралық жағдайларда тиімді қолданылады, себебі оның орташа құны, кремний кристалдарындағы диффузия жылдамдығы төмен және шамамен 5×108 өте төмен сегрегация коэффициенті бар, бұл кристалдық құрылымды бұзбас бұрын молибденнің белгілі бір мөлшерде ластануына мүмкіндік береді.
2. Жылу оқшаулағыш материалдар
Ең жиі қолданылатын оқшаулағыш материал - әртүрлі формадағы көміртекті киіз. Көміртекті киіз жұқа талшықтардан жасалған, олар жылу сәулеленуін қысқа қашықтықта бірнеше рет бөгейтіндіктен оқшаулағыш ретінде қызмет етеді. Жұмсақ көміртекті киіз салыстырмалы түрде жұқа материал парақтарына өріледі, содан кейін олар қажетті пішінге кесіліп, тиісті радиуста тығыз бүгіледі. Қатқан киіздер ұқсас талшықты материалдардан жасалған, ал дисперсті талшықтарды берік және пішінді затқа қосу үшін көміртегі бар байланыстырғыш қолданылады. Байланыстырғыштың орнына көміртекті химиялық бумен тұндыру материалдың механикалық қасиеттерін жақсарта алады.
Әдетте, жылу оқшаулағыш киіздің сыртқы беті эрозия мен тозуды, сондай-ақ бөлшектердің ластануын азайту үшін үздіксіз графит жабынымен немесе фольгамен жабылады. Көміртекті көбік сияқты көміртекті жылу оқшаулағыш материалдардың басқа түрлері де бар. Жалпы, графиттелген материалдар, әрине, артықшылыққа ие, себебі графиттеу талшықтың беткі ауданын айтарлықтай азайтады. Бұл жоғары беттік ауданды материалдардың газдануы айтарлықтай азаяды және пешті қолайлы вакуумға айдау үшін аз уақыт кетеді. Тағы біреуі - жеңіл салмақ, жоғары зақымдануға төзімділік және жоғары беріктік сияқты ерекше сипаттамаларға ие C/C композиттік материалы. Графит бөлшектерін ауыстыру үшін жылу өрістерінде қолдану графит бөлшектерін ауыстыру жиілігін айтарлықтай азайтады, монокристалды сапаны және өндіріс тұрақтылығын жақсартады.
Шикізаттың жіктелуіне сәйкес, көміртекті киізді полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киіз, вискоза негізіндегі көміртекті киіз және шайыр негізіндегі көміртекті киіз деп бөлуге болады.
Полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киіздің күл мөлшері көп. Жоғары температурада өңдеуден кейін бір талшық сынғыш болады. Жұмыс кезінде пештің ортасын ластау үшін шаң пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар, талшық адам ағзасының тесіктері мен тыныс алу жолдарына оңай енуі мүмкін, бұл адам денсаулығына зиянды. Вискоза негізіндегі көміртекті киіз жақсы жылу оқшаулау өнімділігіне ие. Термиялық өңдеуден кейін ол салыстырмалы түрде жұмсақ болады және шаң пайда болуы оңай емес. Дегенмен, вискоза негізіндегі шикі талшықтың көлденең қимасы біркелкі емес және талшық бетінде көптеген ойықтар бар. CZ кремний пешінің тотығу атмосферасы астында C02 сияқты газдарды пайда ету оңай, бұл монокристалды кремний материалындағы оттегі мен көміртегі элементтерінің тұнбасына әкеледі. Негізгі өндірушілердің қатарына неміс SGL және басқа да компаниялар кіреді. Қазіргі уақытта жартылай өткізгіш монокристалды өнеркәсібінде ең көп қолданылатыны - вискоза негізіндегі көміртекті киізге қарағанда жылу оқшаулау өнімділігі нашар, бірақ вискоза негізіндегі көміртекті киіздің тазалығы жоғары және шаң шығарындысы төмен. Өндірушілерге Жапонияның Kureha Chemical және Osaka Gas компаниялары кіреді.
Көміртекті киіздің пішіні бекітілмегендіктен, оны пайдалану қолайсыз. Қазір көптеген компаниялар көміртекті киізбен өңделген көміртекті киізге негізделген жаңа жылу оқшаулағыш материал жасап шығарды. Өңделген көміртекті киіз, сондай-ақ қатты киіз деп аталады, жұмсақ киіз шайырмен сіңірілгеннен, ламинатталғаннан, өңделгеннен және көмірленгеннен кейін белгілі бір пішінге және өзін-өзі қамтамасыз ететін қасиетке ие көміртекті киіз.
Монокристалды кремнийдің өсу сапасына жылу ортасы тікелей әсер етеді, ал көміртекті талшықты жылу оқшаулағыш материалдар бұл ортада маңызды рөл атқарады. Көміртекті талшықты жылу оқшаулағыш жұмсақ киіз өзінің құнының артықшылығына, тамаша жылу оқшаулағыш әсеріне, икемді дизайнына және реттелетін пішініне байланысты фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде айтарлықтай артықшылыққа ие. Сонымен қатар, көміртекті талшықты қатты жылу оқшаулағыш киіз белгілі бір беріктігі мен жоғары жұмыс қабілеттілігіне байланысты жылу өрісі материалдары нарығында үлкен даму кеңістігіне ие болады. Біз жылу оқшаулағыш материалдар саласында зерттеулер мен әзірлемелерге міндеттенеміз және фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің өркендеуі мен дамуына ықпал ету үшін өнімнің өнімділігін үздіксіз оңтайландырамыз.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 12 маусым