अभ्यास प्रकरण: एन-टाइप सिलिकॉन वाढीमध्ये ३२-इंच मोनोक्रिस्टलाइन थर्मल फील्डसाठी उच्च-शुद्धतेचे ग्रॅफाइट घटक

प्रस्तावना: उच्च-कार्यक्षम एन-टाइप सिलिकॉन वाढीमधील ३२-इंची थर्मल फील्डचे आव्हान

फोटोव्होल्टाईक्स उद्योग पी-टाईप PERC पासून एन-टाईप TOPCon आणि हेटरोजंक्शन (HJT) सौर पेशींकडे वेगाने संक्रमण करत असल्यामुळे, उच्च शुद्धतेच्या सिलिकॉन वेफर्सची मागणी प्रचंड वाढली आहे. एन-टाईप सिलिकॉन सब्सट्रेट्सना अत्यंत उच्च अल्पसंख्य वाहक आयुर्मान (साधारणपणे >300 μs) आणि संक्रमण धातूंच्या अशुद्धतेचे प्रदूषण जवळजवळ शून्य असणे आवश्यक असते.

उत्पादनक्षमता वाढवण्यासाठी, सिलिकॉन वेफर उत्पादक क्रुसिबलचा आकार ३२ इंच आणि त्याहून अधिक वाढवत आहेत. तथापि, ३२-इंचाच्या थर्मल फील्डमध्ये १,४५०°C पेक्षा जास्त तापमानात काम केल्याने गंभीर अभियांत्रिकी आव्हाने निर्माण होतात:

1. औष्णिक क्षरण आणि असममितता:प्रचंड तापमान फरकांमुळे प्रमाणित ग्रॅफाइट हीटर आणि पेडस्टलमध्ये संरचनात्मक विकृती आणि तडे जातात.
2. बाष्पशील धातूंचे प्रदूषण:पारंपरिक ग्रॅफाइटमधील अल्प प्रमाणात असलेले अशुद्ध घटक (Fe, Ni, Cu, V) दीर्घकाळ चालणाऱ्या क्रिस्टल पुलिंग प्रक्रियेदरम्यान बाष्पीभवन पावतात, थेट वितळलेल्या सिलिकॉनमध्ये स्थलांतरित होतात आणि त्यामुळे अल्पसंख्य वाहकांच्या आयुर्मानात गंभीर घट होते.

अभियांत्रिकी उपाय: अति-शुद्ध आयसोस्टॅटिक ग्राफाइट आणि सीव्हीडी एसआयसी शिल्डिंग

या तांत्रिक अडचणींवर मात करण्यासाठी, VeTek सेमीकंडक्टरने संपूर्ण 32-इंच थर्मल फील्ड असेंब्लीमध्ये एक व्यापक मटेरियल अपग्रेड तैनात केले, ज्यामध्ये उच्च-तापमान हॅलोजन शुद्धीकरण केलेल्या उच्च-घनतेच्या आयसोस्टॅटिक ग्रॅफाइट आणि संरक्षक CVD सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) कोटिंग्जचा समावेश आहे.

१. सखोल हॅलोजन शुद्धीकरण (राखेचे प्रमाण ≤ २-५ पीपीएम)

प्रमाणित औद्योगिक ग्रॅफाइटमध्ये ५० पीपीएम ते २०० पीपीएम दरम्यान राखेचे प्रमाण असते. १,४५०°C तापमानावर आणि निर्वात पोकळीत, हे सूक्ष्म घटक बाष्पीभवन पावतात. आमची मालकीची उच्च-तापमान हॅलोजन वायू शुद्धीकरण प्रक्रिया २,४००°C पेक्षा जास्त तापमानावर धातुरूपी अशुद्धींचे बाष्पशील हॅलोजन संयुगांमध्ये (क्लोराइड/फ्लोराइड) रूपांतर करते.

• ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री (GDMS) चाचणीएकूण धातूंच्या अशुद्धी (Fe, Cr, Ni, Cu, V) 0.5 ppm पेक्षा कमी झाल्याची पडताळणी करते, ज्यामुळे एकूण राखेचे प्रमाण ≤ 2 ppm होते.
• निकाल:पार्श्वभूमीतील धातुरूप वायूची निर्मिती थांबवते, ज्यामुळे १२०+ तासांच्या सततच्या खेचण्याच्या चक्रांदरम्यान वितळलेल्या सिलिकॉनच्या थराला दूषित होण्यापासून संरक्षण मिळते.

२. औष्णिक स्थिरतेसाठी उच्च-घनतेची आयसोस्टॅटिक ग्रॅफाइट संरचना

ग्राफाईट हीटर, क्रुसिबल ससेप्टर आणि इन्सुलेशन बॅरल यांसारखे घटक उच्च-घनतेच्या (१.८५ ग्रॅम/सेमी³), सूक्ष्म-कणांच्या (कणांचा आकार <१० मायक्रॉन) आयसोस्टॅटिक ग्राफाईटपासून मशीनद्वारे घडवले जातात. आयसोस्टॅटिक दाब प्रक्रियेमुळे एकसमान समदिश औष्णिक प्रसरण (CTE) सुनिश्चित होते, ज्यामुळे वारंवार होणाऱ्या औष्णिक चक्रांखाली स्थानिक औष्णिक ताण, वाकणे आणि यांत्रिक तडे जाणे टाळले जाते.

३. संरक्षक सीव्हीडी सिलिकॉन कार्बाइड (एसआयसी) लेपन

सिलिकॉन बाष्प आणि क्षरणकारी प्युर्ज वायूंच्या संपर्कात येणाऱ्या महत्त्वाच्या घटकांवर केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD) सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) चा 50-80 μm जाडीचा दाट थर चढवला जातो.

• क्षरण प्रतिबंधक:बाष्पशील सिलिकॉन बाष्प (SiO) आणि ग्राफाइट सब्सट्रेट यांच्यातील थेट रासायनिक अभिक्रिया (SiO + 2C → SiC + CO) प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे पृष्ठभागाची झीज आणि कार्बन धूळ निर्मिती नाहीशी होते.
• भूमितीय अचूकता:३०% अधिक दीर्घ सेवा कालावधीतही अचूक औष्णिक क्षेत्राची भूमिती टिकवून ठेवते.

मोजलेला कार्यप्रदर्शन डेटा आणि क्षेत्रीय चाचणी पडताळणी

एका टियर-1 टॉपकॉन सिलिकॉन वेफर उत्पादन सुविधेमधील ५० उत्पादन-स्तरीय ३२-इंची सीझेड फर्नेसवर ६ महिन्यांची तुलनात्मक क्षेत्रीय चाचणी घेण्यात आली. खाली मानक ग्राफाइट घटकांची VeTek सेमीकंडक्टरच्या शुद्ध थर्मल फील्ड सोल्यूशनशी तुलना करणारा कार्यप्रदर्शन बेंचमार्क दिला आहे:

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न (FAQ)

निष्कर्ष आणि तांत्रिक सल्ला

CVD SiC संरक्षणासह अति-शुद्ध आयसोस्टॅटिक ग्रॅफाइट घटकांमध्ये श्रेणीसुधारित केल्याने, ३२-इंच एन-टाइप मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या वाढीमधील उत्पादनक्षमता आणि अशुद्धतेच्या समस्या सोडवण्यासाठी एक थेट आणि मोजता येण्याजोगा मार्ग उपलब्ध होतो. मुख्य उत्पादनक्षमतेत १८% सुधारणा आणि थर्मल फील्डच्या आयुर्मानात ३०% वाढ झाल्यामुळे, सोलर वेफर उत्पादक गुंतवणुकीवर भरीव परतावा (ROI) मिळवू शकतात.