Монокристалл цахиурын өсөлтийн процесс нь дулааны салбарт бүрэн явагддаг. Сайн дулааны талбар нь талстын чанарыг сайжруулахад хувь нэмэр оруулдаг бөгөөд талсжих үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Дулааны талбайн дизайн нь динамик дулааны талбайн температурын градиентийн өөрчлөлт болон зуухны камер дахь хийн урсгалыг ихээхэн тодорхойлдог. Дулааны талбайд ашигласан материалын ялгаа нь дулааны талбайн ашиглалтын хугацааг шууд тодорхойлдог. Хэмжээгүй дулааны талбай нь чанарын шаардлагыг хангасан талстыг ургуулахад хэцүү төдийгүй тодорхой процессын шаардлагын дагуу бүрэн монокристалл ургуулж чадахгүй. Тийм ч учраас шууд татах монокристалл цахиурын үйлдвэрлэл нь дулааны талбайн дизайныг хамгийн гол технологи гэж үздэг бөгөөд дулааны талбайн судалгаа, хөгжилд асар их хүн хүч, материалын нөөц хөрөнгө оруулдаг.
Дулааны систем нь янз бүрийн дулааны талбайн материалаас бүрддэг. Бид дулааны талбайд ашигласан материалыг товчхон танилцуулж байна. Дулааны талбайн температурын тархалт болон түүний талстын таталтад үзүүлэх нөлөөллийн талаар бид энд дүн шинжилгээ хийхгүй. Дулааны талбайн материал нь талстын өсөлтийн вакуум зуухны камер дахь бүтэц, дулаан тусгаарлах хэсгийг хэлдэг бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч хайлмал болон талстын эргэн тойронд зохих температурын тархалтыг бий болгоход зайлшгүй шаардлагатай.
1. Дулааны талбайн бүтцийн материал
Монокристалл цахиурыг шууд татах аргаар ургуулах үндсэн тулгуур материал нь өндөр цэвэршилттэй бал чулуу юм. Графит материал нь орчин үеийн үйлдвэрлэлд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийг дулааны талбайн бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон ашиглаж болно, тухайлбалхалаагуур, чиглүүлэгч хоолойнууд, тигель, тусгаарлагч хоолой, тигелийн тавиур гэх мэт. Чохралскийн аргаар монокристалл цахиур бэлтгэхэд.
Графит материалих хэмжээгээр бэлтгэхэд хялбар, боловсруулж болох бөгөөд өндөр температурт тэсвэртэй тул сонгосон. Алмаз эсвэл бал чулуун хэлбэртэй нүүрстөрөгч нь аливаа элемент эсвэл нэгдлээс илүү өндөр хайлах цэгтэй байдаг. Бал чулуун материалууд нь ялангуяа өндөр температурт нэлээд бат бөх бөгөөд тэдгээрийн цахилгаан болон дулаан дамжуулалт нь бас нэлээд сайн байдаг. Цахилгаан дамжуулах чадвар нь үүнийг тохиромжтой болгодог.халаагчматериал. Энэ нь хангалттай дулаан дамжуулах коэффициенттэй бөгөөд энэ нь халаагчийн ялгаруулж буй дулааныг тигель болон дулааны талбайн бусад хэсэгт жигд хуваарилах боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч өндөр температурт, ялангуяа хол зайд дулаан дамжуулах гол хэлбэр нь цацраг туяа юм.
Графит эд ангиудыг анхандаа холбогчтой хольж, шахах эсвэл изостатик шахах замаар нарийн нүүрстөрөгчийн хэсгүүдээс хийдэг. Өндөр чанартай графит эд ангиудыг ихэвчлэн изостатик шахдаг. Бүхэл хэсгийг эхлээд нүүрсжүүлж, дараа нь маш өндөр температурт, 3000°C орчимд графитжуулдаг. Эдгээр бүхэл хэсгүүдээс боловсруулсан эд ангиудыг ихэвчлэн хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн шаардлагыг хангахын тулд металлын бохирдлыг арилгахын тулд өндөр температурт хлор агуулсан агаар мандалд цэвэршүүлдэг. Гэсэн хэдий ч зохих ёсоор цэвэршүүлсний дараа ч металлын бохирдлын түвшин нь цахиурын монокристалл материалын зөвшөөрөгдсөн хэмжээнээс хэд дахин өндөр байдаг. Тиймээс эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайлмал эсвэл талстын гадаргуу руу орохоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд дулааны талбайн зураг төсөлд анхаарал хандуулах хэрэгтэй.
Графит материалууд нь бага зэрэг нэвчилттэй тул дотор нь үлдсэн металл гадаргуу дээр хүрэхэд хялбар болгодог. Үүнээс гадна, графит гадаргуугийн эргэн тойрон дахь цэвэршүүлэх хийнд агуулагдах цахиурын дутуу исэл нь ихэнх материалд нэвтэрч, урвалд ордог.
Эртний монокристалл цахиурын зуухны халаагуурыг вольфрам, молибден зэрэг галд тэсвэртэй металлаар хийдэг байв. Бал чулуу боловсруулах технологийн боловсронгуй болохын хэрээр бал чулуун эд ангийн хоорондох холболтын цахилгаан шинж чанар тогтворжиж, монокристалл цахиурын зуухны халаагуур нь вольфрам, молибден болон бусад материалын халаагуурыг бүрэн орлосон. Одоогийн байдлаар хамгийн өргөн хэрэглэгддэг бал чулуун материал бол изостатик бал чулуу юм. Манай улсын изостатик бал чулуу бэлтгэх технологи харьцангуй хоцрогдсон бөгөөд дотоодын фотоэлектрикийн үйлдвэрт ашигладаг бал чулуун материалын ихэнхийг гадаадаас импортолдог. Гадаадын изостатик бал чулуун үйлдвэрлэгчдэд голчлон Германы SGL, Японы Токай Карбон, Японы Тоёо Тансо гэх мэт компаниуд багтдаг. Чохралскийн монокристалл цахиурын зууханд заримдаа C/C нийлмэл материалыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийг боолт, самар, тигель, ачааны хавтан болон бусад эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглаж эхэлсэн. Нүүрстөрөгч/нүүрстөрөгч (C/C) нийлмэл материалууд нь өндөр хувийн бат бэх, өндөр хувийн модуль, бага дулааны тэлэлтийн коэффициент, сайн цахилгаан дамжуулах чанар, өндөр хугарлын бат бөх чанар, бага хувийн таталцал, дулааны цочролд тэсвэртэй байдал, зэврэлтэд тэсвэртэй байдал, өндөр температурт тэсвэртэй байдал зэрэг хэд хэдэн маш сайн шинж чанартай нүүрстөрөгчийн шилэн арматуртай нүүрстөрөгч дээр суурилсан нийлмэл материалууд юм. Одоогийн байдлаар тэдгээрийг сансар судлал, уралдаан, биоматериал болон бусад салбарт өндөр температурт тэсвэртэй шинэ бүтцийн материал болгон өргөн ашиглаж байна. Одоогийн байдлаар дотоодын C/C нийлмэл материалын тулгардаг гол саад бэрхшээл нь өртөг болон аж үйлдвэржилтийн асуудал хэвээр байна.
Дулааны орон үүсгэхэд ашигладаг бусад олон материал байдаг. Нүүрстөрөгчийн шилэн бэхжүүлсэн бал чулуу нь илүү сайн механик шинж чанартай боловч илүү үнэтэй бөгөөд дизайны хувьд бусад шаардлагуудтай байдаг.Цахиурын карбид (SiC)нь олон талаараа бал чулуунаас илүү сайн материал боловч их хэмжээний эд анги бэлтгэхэд хамаагүй үнэтэй бөгөөд хэцүү байдаг. Гэсэн хэдий ч SiC-ийг ихэвчлэн ашигладаг.CVD бүрхүүлзэврэлттэй цахиурын дутуу ислийн хийд өртсөн бал чулуу эд ангийн ашиглалтын хугацааг уртасгахаас гадна бал чулуунаас үүсэх бохирдлыг бууруулах боломжтой. Өтгөн CVD цахиурын карбидын бүрхүүл нь бичил нүх сүвтэй бал чулуу материалын доторх бохирдуулагчийг гадаргуу дээр хүрэхээс үр дүнтэй сэргийлдэг.
Өөр нэг нь CVD нүүрстөрөгч бөгөөд энэ нь бал чулуун хэсгийн дээгүүр нягт давхарга үүсгэж чаддаг. Байгаль орчинтой зэрэгцэн орших боломжтой молибден эсвэл керамик материал зэрэг бусад өндөр температурт тэсвэртэй материалыг хайлмал бодисыг бохирдуулах эрсдэлгүй газарт ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч исэлдсэн керамик нь өндөр температурт бал чулуун материалд хэрэглэхэд ерөнхийдөө хязгаарлагдмал бөгөөд дулаалга шаардлагатай бол өөр сонголт цөөн байдаг. Нэг нь зургаан өнцөгт борын нитрид (ижил төстэй шинж чанараас шалтгаалан заримдаа цагаан бал чулуу гэж нэрлэдэг) боловч механик шинж чанар нь муу байдаг. Молибденийг ерөнхийдөө өндөр температурын нөхцөлд боломжийн хэмжээгээр ашигладаг, учир нь түүний өртөг дунд зэрэг, цахиурын талст дахь диффузийн хурд бага, 5×108 орчим маш бага ялгарах коэффициенттэй тул талстын бүтцийг устгахаас өмнө тодорхой хэмжээний молибдений бохирдол үүсгэдэг.
2. Дулаан тусгаарлагч материал
Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг дулаалгын материал бол янз бүрийн хэлбэртэй нүүрстөрөгчийн эсгий юм. Нүүрстөрөгчийн эсгий нь нимгэн ширхэгээр хийгдсэн бөгөөд богино зайд дулааны цацрагийг олон удаа хааж тусгаарлагч болдог. Зөөлөн нүүрстөрөгчийн эсгийг харьцангуй нимгэн материалаар нэхэж, дараа нь хүссэн хэлбэрт оруулж, зохих радиустай нягт нугалдаг. Хатуурсан эсгий нь ижил төстэй ширхэгтэй материалаар хийгдсэн бөгөөд тархсан ширхэгийг илүү хатуу, хэлбэртэй объект болгон холбоход нүүрстөрөгч агуулсан холбогч ашигладаг. Холбогчийн оронд нүүрстөрөгчийг химийн уураар тунадасжуулах нь материалын механик шинж чанарыг сайжруулж чадна.
Ерөнхийдөө дулаан тусгаарлагч хатаах эсгийний гаднах гадаргууг элэгдэл, элэгдэл, мөн тоосонцрын бохирдлыг бууруулахын тулд тасралтгүй бал чулуун бүрхүүл эсвэл тугалган цаасаар бүрдэг. Нүүрстөрөгчийн хөөс гэх мэт нүүрстөрөгч дээр суурилсан бусад төрлийн дулаан тусгаарлагч материалууд бас байдаг. Ерөнхийдөө бал чулуужуулсан материалыг илүүд үздэг нь илт, учир нь бал чулуужуулсан материал нь шилэн гадаргуугийн талбайг ихээхэн бууруулдаг. Эдгээр өндөр гадаргуутай материалын хий ялгаруулалт эрс багасч, зуухыг тохиромжтой вакуум руу шахахад бага хугацаа шаардагддаг. Өөр нэг нь хөнгөн жин, өндөр гэмтэл тэсвэрлэх чадвар, өндөр бат бэх зэрэг онцгой шинж чанартай C/C нийлмэл материал юм. Графит эд ангиудыг солихын тулд дулааны салбарт ашиглах нь бал чулуун эд ангиудыг солих давтамжийг мэдэгдэхүйц бууруулж, монокристалл чанар, үйлдвэрлэлийн тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.
Түүхий эдийн ангиллын дагуу нүүрстөрөгчийн эсгийг полиакрилонитрил дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий, вискоз дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий, давирхай дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий гэж хувааж болно.
Полиакрилонитрил дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий нь үнсний агууламж өндөртэй байдаг. Өндөр температурт боловсруулсны дараа дан ширхэг нь хэврэг болдог. Ашиглалтын явцад зуухны орчныг бохирдуулахын тулд тоос үүсгэх нь амархан байдаг. Үүний зэрэгцээ, ширхэг нь хүний биеийн нүх сүв, амьсгалын замд амархан орж, хүний эрүүл мэндэд хортой. Вискоз дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий нь дулаан тусгаарлах чадвар сайтай. Дулааны боловсруулалтын дараа харьцангуй зөөлөн бөгөөд тоос үүсгэх нь амаргүй байдаг. Гэсэн хэдий ч вискоз дээр суурилсан түүхий ширхэгийн хөндлөн огтлол нь жигд бус бөгөөд ширхэгийн гадаргуу дээр олон ховил байдаг. CZ цахиурын зуухны исэлдүүлэгч агаар мандлын дор C02 зэрэг хий үүсгэх нь амархан бөгөөд монокристалл цахиурын материалд хүчилтөрөгч болон нүүрстөрөгчийн элементүүдийн тунадасжилт үүсгэдэг. Гол үйлдвэрлэгчдэд Германы SGL болон бусад компаниуд багтдаг. Одоогийн байдлаар хагас дамжуулагч монокристалл үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг нь давирхай дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий бөгөөд энэ нь вискоз дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгийээс дулаан тусгаарлах чадвар муу боловч давирхай дээр суурилсан нүүрстөрөгчийн эсгий нь илүү цэвэршилттэй, тоосны ялгаруулалт багатай байдаг. Үйлдвэрлэгчдэд Японы Kureha Chemical болон Osaka Gas багтдаг.
Нүүрстөрөгчийн эсгий хэлбэр нь тогтмол биш тул ажиллуулахад тохиромжгүй байдаг. Одоо олон компани нүүрстөрөгчийн эсгий дээр суурилсан шинэ дулаан тусгаарлагч материалыг боловсруулсан. Хатуу эсгий гэж нэрлэгддэг хатуу эсгий нь зөөлөн эсгийг давирхайгаар шингээж, давхарлаж, хатааж, нүүрсжүүлсний дараа тодорхой хэлбэртэй, өөрийгөө тэтгэх шинж чанартай нүүрстөрөгчийн эсгий юм.
Монокристалл цахиурын өсөлтийн чанарт дулааны орчин шууд нөлөөлдөг бөгөөд нүүрстөрөгчийн шилэн дулаан тусгаарлагч материал нь энэ орчинд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Нүүрстөрөгчийн шилэн дулаан тусгаарлагч зөөлөн эсгий нь өртгийн давуу тал, маш сайн дулаан тусгаарлах нөлөө, уян хатан дизайн, тохируулж болох хэлбэр зэргээс шалтгаалан фотоволтайк хагас дамжуулагчийн салбарт мэдэгдэхүйц давуу талтай хэвээр байна. Үүнээс гадна, нүүрстөрөгчийн шилэн хатуу дулаан тусгаарлагч эсгий нь тодорхой бат бөх чанар, өндөр ашиглалтын чадварын ачаар дулааны талбайн материалын зах зээл дээр илүү их хөгжлийн орон зайтай байх болно. Бид дулаан тусгаарлагч материалын салбарт судалгаа, хөгжүүлэлт хийж, фотоволтайк хагас дамжуулагчийн салбарын хөгжил цэцэглэлт, хөгжлийг дэмжихийн тулд бүтээгдэхүүний гүйцэтгэлийг тасралтгүй оновчтой болгоход анхаарч ажилладаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 6-р сарын 12