Процесот на раст на монокристален силициум се одвива целосно во термичко поле. Доброто термичко поле е погодно за подобрување на квалитетот на кристалите и има поголема ефикасност на кристализација. Дизајнот на термичкото поле во голема мера ги одредува промените во температурните градиенти во динамичкото термичко поле и протокот на гас во комората на печката. Разликата во материјалите што се користат во термичкото поле директно го одредува животниот век на термичкото поле. Неразумното термичко поле не само што е тешко да се одгледуваат кристали што ги исполнуваат барањата за квалитет, туку и не може да се одгледуваат целосно монокристални под одредени барања на процесот. Затоа индустријата за монокристален силициум со директно влечење го смета дизајнот на термичко поле за најосновна технологија и инвестира огромни човечки ресурси и материјални ресурси во истражување и развој на термичко поле.
Термичкиот систем е составен од различни материјали на термичкото поле. Само накратко ги претставуваме материјалите што се користат во термичкото поле. Што се однесува до распределбата на температурата во термичкото поле и нејзиното влијание врз влечењето на кристалите, нема да ја анализираме овде. Материјалот на термичкото поле се однесува на структурата и термоизолациониот дел во комората на вакуумската печка за раст на кристалите, што е од суштинско значење за создавање соодветна распределба на температурата околу полупроводничкиот растоп и кристалот.
1. Материјал за структура на термичко поле
Основниот потпорен материјал за методот со директно влечење за одгледување на монокристален силициум е графит со висока чистота. Графитните материјали играат многу важна улога во модерната индустрија. Тие можат да се користат како структурни компоненти на топлинско поле, како што сегрејачи, водилки, огноотпорни садови, изолациски цевки, садови за огноотпорни садови итн. при подготовка на монокристален силициум според методот на Чохралски.
Графитни материјалисе избрани бидејќи лесно се подготвуваат во големи количини, можат да се обработуваат и се отпорни на високи температури. Јаглеродот во форма на дијамант или графит има повисока точка на топење од кој било елемент или соединение. Графитните материјали се доста силни, особено на високи температури, а нивната електрична и топлинска спроводливост се исто така доста добри. Неговата електрична спроводливост го прави погоден какогрејачматеријал. Има задоволителен коефициент на топлинска спроводливост, што овозможува топлината генерирана од грејачот рамномерно да се распредели на садот и другите делови од топлинското поле. Сепак, на високи температури, особено на долги растојанија, главниот начин на пренос на топлина е зрачењето.
Графитните делови првично се изработуваат од фини јаглеродни честички измешани со врзивно средство и се формираат со екструзија или изостатичко пресување. Висококвалитетните графитни делови обично се изостатичко пресуваат. Целото парче прво се карбонизира, а потоа се графитизира на многу високи температури, близу 3000°C. Деловите обработени од овие цели парчиња обично се прочистуваат во атмосфера што содржи хлор на високи температури за да се отстрани металната контаминација за да се задоволат барањата на полупроводничката индустрија. Сепак, дури и по правилно прочистување, нивото на метална контаминација е неколку реда на големина повисоко од она што е дозволено за силициумски монокристални материјали. Затоа, мора да се внимава при дизајнот на термичкото поле за да се спречи контаминацијата на овие компоненти да влезе во површината на стопената или кристалната површина.
Графитните материјали се малку пропустливи, што овозможува преостанатиот метал внатре лесно да стигне до површината. Покрај тоа, силициум моноксидот присутен во гасот за чистење околу површината на графитот може да навлезе во повеќето материјали и да реагира.
Раните грејачи на печки од монокристален силициум биле направени од огноотпорни метали како што се волфрам и молибден. Со зголемената зрелост на технологијата за обработка на графит, електричните својства на врската помеѓу графитните компоненти станале стабилни, а грејачите на печки од монокристален силициум целосно ги замениле грејачите од волфрам, молибден и други материјали. Во моментов, најшироко користениот графитен материјал е изостатскиот графит. Технологијата за подготовка на изостатичен графит во мојата земја е релативно заостаната, а повеќето графитни материјали што се користат во домашната фотоволтаична индустрија се увезуваат од странство. Странските производители на изостатичен графит главно ги вклучуваат германскиот SGL, јапонскиот Tokai Carbon, јапонскиот Toyo Tanso итн. Во монокристалните силициумски печки на Чохралски, понекогаш се користат C/C композитни материјали, и тие почнаа да се користат за производство на завртки, навртки, огноотпорни садови, плочи за оптоварување и други компоненти. Јаглерод/јаглерод (C/C) композитите се композити на база на јаглерод зајакнати со јаглеродни влакна со низа одлични својства како што се висока специфична цврстина, висок специфичен модул, низок коефициент на термичка експанзија, добра електрична спроводливост, висока цврстина на кршење, ниска специфична тежина, отпорност на термички шокови, отпорност на корозија и отпорност на високи температури. Во моментов, тие се широко користени во воздухопловството, тркањето, биоматеријалите и други области како нови структурни материјали отпорни на високи температури. Во моментов, главните тесни грла со кои се соочуваат домашните C/C композити се сè уште проблемите со цената и индустријализацијата.
Постојат многу други материјали што се користат за производство на термички полиња. Графитот зајакнат со јаглеродни влакна има подобри механички својства; но е поскап и има други барања за дизајн.Силициум карбид (SiC)е подобар материјал од графитот во многу аспекти, но е многу поскап и потешко се подготвуваат делови со голем волумен. Сепак, SiC често се користи какоCVD облогаза да се зголеми животниот век на графитните делови изложени на корозивен силициум моноксиден гас, а исто така може да се намали контаминацијата од графит. Густиот CVD силициум карбиден слој ефикасно спречува загадувачите во микропорозниот графитен материјал да стигнат до површината.
Друг е CVD јаглеродот, кој исто така може да формира густ слој над графитниот дел. Други материјали отпорни на високи температури, како што се молибден или керамички материјали кои можат да коегзистираат со околината, може да се користат таму каде што нема ризик од контаминација на стопениот материјал. Сепак, оксидната керамика генерално е ограничена во нивната применливост на графитни материјали на високи температури и има малку други опции ако е потребна изолација. Една е хексагонален бор нитрид (понекогаш наречен бел графит поради слични својства), но механичките својства се лоши. Молибденот генерално се користи разумно за ситуации со високи температури поради неговата умерена цена, ниска стапка на дифузија во силициумските кристали и многу низок коефициент на сегрегација од околу 5×108, што овозможува одредена количина на контаминација со молибден пред да се уништи кристалната структура.
2. Материјали за топлинска изолација
Најчесто користениот изолациски материјал е јаглеродниот филц во различни форми. Јаглеродниот филц е направен од тенки влакна, кои дејствуваат како изолација бидејќи го блокираат топлинското зрачење повеќе пати на кратко растојание. Мекиот јаглероден филц е вткаен во релативно тенки листови материјал, кои потоа се сечат во посакуваната форма и цврсто се свиткуваат во разумен радиус. Стврднатите филцови се составени од слични влакнести материјали, а врзивно средство што содржи јаглерод се користи за поврзување на дисперзираните влакна во поцврст и поформиран објект. Употребата на хемиско таложење на јаглерод со пареа наместо врзивно средство може да ги подобри механичките својства на материјалот.
Типично, надворешната површина на филцот за стврднување на топлинската изолација е обложена со континуиран графитен слој или фолија за да се намали ерозијата и абењето, како и контаминацијата со честички. Постојат и други видови материјали за топлинска изолација на база на јаглерод, како што е јаглеродната пена. Општо земено, графитизираните материјали се очигледно претпочитани бидејќи графитизацијата значително ја намалува површината на влакното. Испуштањето гасови од овие материјали со голема површина е значително намалено, а потребно е помалку време за пумпање на печката до соодветен вакуум. Друг е C/C композитниот материјал, кој има извонредни карактеристики како што се мала тежина, висока толеранција на оштетување и висока цврстина. Користениот во термички полиња за замена на графитни делови значително ја намалува фреквенцијата на замена на графитни делови, го подобрува монокристалниот квалитет и стабилноста на производството.
Според класификацијата на суровините, јаглеродниот филц може да се подели на јаглероден филц на база на полиакрилонитрил, јаглероден филц на база на вискоза и јаглероден филц на база на смола.
Јаглеродниот филц на база на полиакрилонитрил има голема содржина на пепел. По обработката на висока температура, единечното влакно станува кршливо. За време на работата, лесно се генерира прашина што ја загадува околината на печката. Во исто време, влакното лесно може да влезе во порите и респираторниот тракт на човечкото тело, што е штетно за здравјето на луѓето. Јаглеродниот филц на база на вискоза има добри перформанси на топлинска изолација. Релативно е мек по термичката обработка и не е лесен за генерирање прашина. Сепак, пресекот на суровото влакно на база на вискоза е неправилен и има многу жлебови на површината на влакното. Лесно е да се генерираат гасови како што е CO2 под оксидирачката атмосфера на CZ силициумската печка, предизвикувајќи таложење на кислород и јаглеродни елементи во монокристалниот силициумски материјал. Главните производители вклучуваат германски SGL и други компании. Во моментов, најшироко користен во полупроводничката монокристална индустрија е јаглеродниот филц на база на смола, кој има полоши перформанси на топлинска изолација од јаглеродниот филц на база на вискоза, но јаглеродниот филц на база на смола има поголема чистота и помала емисија на прашина. Меѓу производителите се јапонските „Куреха Кемикал“ и „Осака Гас“.
Бидејќи обликот на карбонскиот филц не е фиксен, незгоден е за ракување. Сега многу компании развија нов термоизолациски материјал базиран на карбонски филц стврднат со карбонски филц. Стврднатиот карбонски филц, исто така наречен тврд филц, е карбонски филц со одредена форма и самоодржливо својство откако мекиот филц е импрегниран со смола, ламиниран, стврднат и карбонизиран.
Квалитетот на раст на монокристалниот силициум е директно засегнат од термичката средина, а материјалите за топлинска изолација од јаглеродни влакна играат клучна улога во оваа средина. Мекиот филц за топлинска изолација од јаглеродни влакна сè уште има значителна предност во индустријата за фотоволтаични полупроводници поради неговата ценовна предност, одличниот ефект на топлинска изолација, флексибилниот дизајн и прилагодливата форма. Покрај тоа, тврдиот филц за топлинска изолација од јаглеродни влакна ќе има поголем простор за развој на пазарот на материјали за топлинско поле поради неговата одредена цврстина и поголема оперативност. Ние сме посветени на истражување и развој во областа на материјали за топлинска изолација и континуирано ги оптимизираме перформансите на производот за да го промовираме просперитетот и развојот на индустријата за фотоволтаични полупроводници.
Време на објавување: 12 јуни 2024 година