De Wuessprozess vu monokristallinem Silizium gëtt komplett am thermesche Feld duerchgefouert. E gutt thermescht Feld dréit zur Verbesserung vun der Qualitéit vun de Kristaller bäi a weist eng méi héich Kristallisatiounseffizienz op. Den Design vum thermesche Feld bestëmmt gréisstendeels d'Ännerungen vun den Temperaturgradienten am dynamesche thermesche Feld an de Gasfloss an der Uewenkammer. Den Ënnerscheed an de Materialien, déi am thermesche Feld benotzt ginn, bestëmmt direkt d'Liewensdauer vum thermesche Feld. En onraisonnabelt thermescht Feld ass net nëmme schwéier Kristaller ze wuessen, déi d'Qualitéitsufuerderunge erfëllen, mä kann och net komplett monokristallin ënner bestëmmte Prozessufuerderunge wuessen. Dofir betruecht d'Direct-Pull-Monokristallin-Siliziumindustrie den Design vum thermesche Feld als déi zentral Technologie an investéiert enorm Personal- a Materialressourcen an d'Fuerschung an d'Entwécklung am thermesche Feld.
Den thermesche System besteet aus verschiddene Materialien vum thermesche Feld. Mir stellen nëmmen kuerz d'Materialien vir, déi am thermesche Feld benotzt ginn. Wat d'Temperaturverdeelung am thermesche Feld an hiren Impakt op d'Kristallzuch ugeet, wäerte mir dat hei net analyséieren. Den thermesche Feldmaterial bezitt sech op d'Struktur an den thermeschen Isolatiounsdeel an der Vakuumuewenkammer vum Kristallwuesstum, deen essentiell ass fir eng passend Temperaturverdeelung ronderëm d'Hallefleederschmëlz an de Kristall ze schafen.
1. Material fir d'Struktur vun der thermescher Feld
Dat Basis-Ënnerstëtzungsmaterial fir d'Direct-Pull-Method fir monokristallin Silizium ze wuessen ass héichreine Graphit. Graphitmaterialien spillen eng ganz wichteg Roll an der moderner Industrie. Si kënnen als Hëtzfeldstrukturkomponenten agesat ginn, wéi z. B.Heizungen, Führungsrohren, Tiegel, Isolatiounsréier, Tiegeltabletten, etc. bei der Hierstellung vu monokristallinem Silizium no der Czochralski-Method.
Grafitmaterialiengi gewielt, well se einfach a grousse Quantitéiten ze preparéieren sinn, veraarbecht kënne ginn a resistent géint héich Temperaturen sinn. Kuelestoff a Form vun Diamant oder Graphit huet e méi héije Schmelzpunkt wéi all Element oder Verbindung. Graphitmaterialien si zimmlech staark, besonnesch bei héijen Temperaturen, an hir elektresch an thermesch Leetfäegkeet ass och zimmlech gutt. Seng elektresch Leetfäegkeet mécht se gëeegent als ...HeizungMaterial. Et huet e zefriddestellende Wärmeleitfäegkeetskoeffizient, wat et erlaabt, datt d'Hëtzt, déi vum Heizkierper generéiert gëtt, gläichméisseg op den Tiegel an aner Deeler vum Hëtzfeld verdeelt gëtt. Bei héijen Temperaturen, besonnesch iwwer grouss Distanzen, ass awer déi wichtegst Hëtziwwerdroungsmethod d'Stralung.
Graphitdeeler ginn ufanks aus feine Kuelestoffpartikelen hiergestallt, déi mat engem Bindemittel gemëscht ginn a duerch Extrusioun oder isostatescht Pressen geformt ginn. Héichqualitativ Graphitdeeler ginn normalerweis isostatescht gepresst. Dat ganzt Stéck gëtt fir d'éischt karboniséiert an dann bei ganz héijen Temperaturen, no bei 3000°C, graphitiséiert. D'Deeler, déi aus dëse ganze Stécker veraarbecht ginn, ginn normalerweis an enger chlorhalteger Atmosphär bei héijen Temperaturen gereinegt, fir Metallkontaminatioun ze entfernen, fir d'Ufuerderunge vun der Hallefleederindustrie ze erfëllen. Awer och no enger richteger Reinigung ass den Niveau vun der Metallkontaminatioun e puer Gréisstenuerdnungen méi héich wéi dee fir Siliziummonokristallinmaterialien erlaabt ass. Dofir muss beim Design vum thermesche Feld virsiichteg gehale ginn, fir ze verhënneren, datt Kontaminatioun vun dëse Komponenten an d'Schmelz- oder Kristalloberfläche kënnt.
Graphitmaterialien si liicht permeabel, wat et einfach mécht, datt de verbleiwene Metall dobannen d'Uewerfläch erreecht. Zousätzlech kann de Siliziummonoxid, deen am Spullgas ronderëm d'Graphituewerfläch präsent ass, an déi meescht Materialien andréngen a reagéieren.
Fréi monokristallin Siliziumuewenheizungen goufen aus refraktäre Metaller wéi Wolfram a Molybdän hiergestallt. Mat der zunehmender Reife vun der Graphitveraarbechtungstechnologie sinn déi elektresch Eegeschafte vun der Verbindung tëscht Graphitkomponenten stabil ginn, an monokristallin Siliziumuewenheizungen hunn Wolfram, Molybdän an aner Materialheizungen komplett ersat. Am Moment ass dat am meeschte verbreet Graphitmaterial isostatescht Graphit. D'Technologie fir d'Virbereedung vun isostatesche Graphit a mengem Land ass relativ rückstänneg, an déi meescht Graphitmaterialien, déi an der nationaler Photovoltaikindustrie benotzt ginn, ginn aus dem Ausland importéiert. Zu den auslännesche Produzente vun isostatesche Graphit gehéieren haaptsächlech den däitsche SGL, de japanesche Tokai Carbon an de japanesche Toyo Tanso. An de Czochralski monokristalline Siliziumuewen ginn heiansdo C/C-Kompositmaterialien benotzt, an dës ginn ugefaange fir d'Produktioun vu Bolzen, Muttern, Tiegel, Ladeplacken an aner Komponenten ze benotzen. Kuelestoff/Kuelestoff (C/C)-Kompositmaterialien si Kuelestofffaserverstäerkt Kuelestoffkompositmaterialien mat enger Rei vun exzellenten Eegeschaften, wéi héijer spezifescher Stäerkt, héije spezifesche Modul, nidderegen thermeschen Ausdehnungskoeffizient, gudder elektrescher Leetfäegkeet, héijer Bruchzähegkeet, niddreg spezifesch Schwéierkraaft, Wärmeschockbeständegkeet, Korrosiounsbeständegkeet a Resistenz géint héich Temperaturen. De Moment gi se wäit verbreet an der Loft- a Raumfaart, am Rennsport, a Biomaterialien an anere Beräicher als nei héichtemperaturbeständeg Strukturmaterialien agesat. De Moment sinn déi Haaptproblemer, mat deenen am Inland C/C-Kompositmaterialien konfrontéiert ginn, nach ëmmer Käschten- a Industrialiséierungsproblemer.
Et gi vill aner Materialien, déi benotzt gi fir thermesch Felder ze maachen. Kuelefaserverstäerkte Graphit huet besser mechanesch Eegeschaften; awer et ass méi deier a stellt aner Ufuerderungen un den Design.Siliziumkarbid (SiC)ass a ville Hisiichten e besser Material wéi Graphit, awer et ass vill méi deier a schwéier fir grouss Deeler ze preparéieren. SiC gëtt awer dacks als ... benotztCVD-Beschichtungfir d'Liewensdauer vu Graphitdeeler ze erhéijen, déi korrosivem Siliziummonoxidgas ausgesat sinn, a kann och d'Kontaminatioun duerch Graphit reduzéieren. Déi dicht CVD-Siliziumcarbidbeschichtung verhënnert effektiv, datt Kontaminanten am mikroporöse Graphitmaterial d'Uewerfläch erreechen.
En anert ass CVD-Kuelestoff, deen och eng dicht Schicht iwwer dem Graphitdeel ka bilden. Aner héichtemperaturbeständeg Materialien, wéi Molybdän oder Keramikmaterialien, déi mat der Ëmwelt koexistéiere kënnen, kënne benotzt ginn, wou kee Risiko besteet, d'Schmelz ze kontaminéieren. Wéi och ëmmer, Oxidkeramik ass am Allgemengen limitéiert wat hir Uwendung op Graphitmaterialien bei héijen Temperaturen ugeet, an et gëtt wéineg aner Optiounen, wann Isolatioun erfuerderlech ass. Eng ass hexagonal Bornitrid (heiansdo wäisse Graphit genannt wéinst ähnlechen Eegeschaften), awer déi mechanesch Eegeschafte si schlecht. Molybdän gëtt am Allgemengen raisonnabel fir Héichtemperatursituatiounen benotzt wéinst senge moderéierte Käschten, gerénger Diffusiounsquote a Siliziumkristaller an engem ganz niddrege Segregatiounskoeffizient vu ronn 5×108, wat eng gewësse Quantitéit u Molybdänkontaminatioun erlaabt, ier d'Kristallstruktur zerstéiert gëtt.
2. Wärmeisolatiounsmaterialien
Dat am meeschte verbreet Isolatiounsmaterial ass Kuelestofffilz a verschiddene Formen. Kuelestofffilz besteet aus dënne Faseren, déi als Isolatioun déngen, well se d'Wärmestralung iwwer eng kuerz Distanz e puermol blockéieren. De mëllen Kuelestofffilz gëtt zu relativ dënne Materialplacken gewieft, déi dann an déi gewënscht Form geschnidde a fest an e verstännege Radius gebéit ginn. Gehäerte Filz besteet aus ähnleche Fasermaterialien, an e Kuelestoffhaltege Bindemittel gëtt benotzt fir déi dispergéiert Faseren zu engem méi festen a geformten Objet ze verbannen. D'Benotzung vun der chemescher Gasoflagerung vu Kuelestoff amplaz vun engem Bindemittel kann déi mechanesch Eegeschafte vum Material verbesseren.
Typesch ass déi baussenzeg Uewerfläch vum Wärmeisolatiouns-Härtfilz mat enger kontinuéierlecher Graphitbeschichtung oder -folie beschichtet, fir Erosioun a Verschleiung souwéi Partikelkontaminatioun ze reduzéieren. Aner Aarte vu Kuelestoffbaséierten Wärmeisolatiounsmaterialien ginn et och, wéi zum Beispill Kuelestoffschaum. Am Allgemengen gi grafitiséiert Materialien offensichtlech bevorzugt, well d'Graphitiséierung d'Uewerfläch vun der Faser staark reduzéiert. D'Ausgasung vun dëse Materialien mat héijer Uewerfläch gëtt staark reduzéiert, an et dauert manner Zäit, fir den Uewen op e passenden Vakuum ze pumpen. En anert Material ass C/C-Kompositmaterial, dat aussergewéinlech Eegeschafte wéi liicht Gewiicht, héich Schuedtoleranz an héich Festigkeit huet. Wann et a thermesche Beräicher benotzt gëtt, fir Graphitdeeler z'ersetzen, reduzéiert dat d'Frequenz vum Ersatz vu Graphitdeeler däitlech, verbessert d'monokristallin Qualitéit an d'Produktiounsstabilitéit.
No der Klassifikatioun vu Rohmaterialien kann Kuelestofffilz a Kuelestofffilz op Polyacrylonitril-baséiert, Kuelestofffilz op Viskose-baséiert a Kuelestofffilz op Pech-baséiert opgedeelt ginn.
Kuelestofffilz op Polyacrylonitrilbasis huet en héijen Äschegehalt. No enger Héichtemperaturbehandlung gëtt déi eenzel Faser brécheg. Wärend dem Betrib ass et einfach, Stëbs ze generéieren, wat d'Ëmwelt vum Uewen verschmotze kann. Gläichzäiteg kënnen d'Faseren einfach an d'Poren an d'Atmungstrakte vum mënschleche Kierper kommen, wat schiedlech fir d'mënschlech Gesondheet ass. Kuelestofffilz op Viskosebasis huet eng gutt Wärmeisolatiounsleistung. No der Hëtztbehandlung ass en relativ mëll a Stëbs entsteet net einfach. Wéi och ëmmer, de Querschnitt vun der Viskosebaséierter Rohfaser ass onregelméisseg, an et gëtt vill Nuten op der Faseruewerfläch. Ënner der oxidéierender Atmosphär vum CZ-Siliziumuewen ass et einfach, Gasen wéi CO2 ze generéieren, wat zu der Nidderschlagung vu Sauerstoff a Kuelestoffelementer am monokristalline Siliziummaterial féiert. Zu den Haapthersteller gehéieren déi däitsch SGL an aner Firmen. Am Moment ass de meescht verbreeten Kuelestofffilz op Pechbasis an der monokristalliner Hallefleederindustrie, deen eng méi schlecht Wärmeisolatiounsleistung huet wéi Kuelestofffilz op Viskosebasis, awer Kuelestofffilz op Pechbasis huet eng méi héich Rengheet an eng méi niddreg Staubemissioun. Zu den Hiersteller gehéieren déi japanesch Firma Kureha Chemical an Osaka Gas.
Well d'Form vum Kuelestofffilz net fixéiert ass, ass en onpraktesch am Gebrauch. Elo hunn vill Firmen en neit Wärmeisolatiounsmaterial op Basis vu Kuelestofffilz-gehärtetem Kuelestofffilz entwéckelt. Gehärtete Kuelestofffilz, och Hartfilz genannt, ass e Kuelestofffilz mat enger bestëmmter Form an enger selbsthaltender Eegeschaft, nodeems mëllen Filz mat Harz imprägnéiert, laminéiert, gehärtet a karboniséiert gouf.
D'Wuesstumsqualitéit vu monokristallinem Silizium gëtt direkt vun der thermescher Ëmwelt beaflosst, an d'Wärmeisolatiounsmaterialien aus Kuelefaser spillen an dësem Ëmfeld eng Schlësselroll. Weichfilz aus Kuelefaser fir d'Wärmeisolatioun huet ëmmer nach e bedeitende Virdeel an der photovoltaescher Hallefleiterindustrie wéinst sengem Käschtevirdeel, sengem exzellenten Wärmeisolatiounseffekt, sengem flexible Design a senger personaliséierbarer Form. Zousätzlech wäert haart Wärmeisolatiounsfilz aus Kuelefaser méi grouss Entwécklungsplaz um Maart fir Wärmefeldmaterialien hunn wéinst senger gewësser Stäerkt a méi héijer Operatiounsfäegkeet. Mir engagéieren eis fir Fuerschung an Entwécklung am Beräich vun den Wärmeisolatiounsmaterialien a optimiséieren d'Produktleistung kontinuéierlech fir de Wuelstand an d'Entwécklung vun der photovoltaescher Hallefleiterindustrie ze fërderen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 12. Juni 2024