Il-proċess tat-tkabbir tas-silikon monokristallin jitwettaq kompletament fil-qasam termali. Kamp termali tajjeb jgħin biex tittejjeb il-kwalità tal-kristalli u għandu effiċjenza ogħla ta' kristallizzazzjoni. Id-disinn tal-kamp termali jiddetermina fil-biċċa l-kbira l-bidliet fil-gradjenti tat-temperatura fil-kamp termali dinamiku u l-fluss tal-gass fil-kamra tal-forn. Id-differenza fil-materjali użati fil-kamp termali tiddetermina direttament il-ħajja tas-servizz tal-kamp termali. Kamp termali mhux raġonevoli mhux biss huwa diffiċli biex jitkabbru kristalli li jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-kwalità, iżda lanqas ma jista' jikber monokristallin sħiħ taħt ċerti rekwiżiti tal-proċess. Huwa għalhekk li l-industrija tas-silikon monokristallin b'ġbid dirett tqis id-disinn tal-kamp termali bħala l-aktar teknoloġija ewlenija u tinvesti riżorsi umani u materjali enormi fir-riċerka u l-iżvilupp tal-kamp termali.
Is-sistema termali hija magħmula minn diversi materjali tal-kamp termali. Aħna nintroduċu biss fil-qosor il-materjali użati fil-kamp termali. Fir-rigward tad-distribuzzjoni tat-temperatura fil-kamp termali u l-impatt tagħha fuq il-ġbid tal-kristalli, mhux se nanalizzawha hawn. Il-materjal tal-kamp termali jirreferi għall-istruttura u l-parti tal-insulazzjoni termali fil-kamra tal-forn tal-vakwu tat-tkabbir tal-kristall, li hija essenzjali għall-ħolqien ta' distribuzzjoni xierqa tat-temperatura madwar it-tidwib tas-semikonduttur u l-kristall.
1. Materjal tal-istruttura tal-kamp termali
Il-materjal bażiku ta' appoġġ għall-metodu ta' ġbid dirett biex jikber is-silikon monokristallin huwa l-grafita ta' purità għolja. Il-materjali tal-grafita għandhom rwol importanti ħafna fl-industrija moderna. Jistgħu jintużaw bħala komponenti strutturali tal-kamp tas-sħana bħalħiters, tubi gwida, griġjoli, tubi ta' insulazzjoni, trejs tal-griġjol, eċċ. fil-preparazzjoni tas-silikon monokristallin bil-metodu Czochralski.
Materjali tal-grafitajintgħażlu għax huma faċli biex jiġu ppreparati f'volumi kbar, jistgħu jiġu pproċessati u huma reżistenti għal temperaturi għoljin. Il-karbonju fil-forma ta' djamant jew grafit għandu punt ta' tidwib ogħla minn kwalunkwe element jew kompost. Il-materjali tal-grafita huma pjuttost b'saħħithom, speċjalment f'temperaturi għoljin, u l-konduttività elettrika u termali tagħhom hija wkoll pjuttost tajba. Il-konduttività elettrika tiegħu tagħmilha adattata bħalaheatermaterjal. Għandu koeffiċjent ta' konduttività termali sodisfaċenti, li jippermetti li s-sħana ġġenerata mill-ħiter tiġi mqassma b'mod uniformi lill-griġjol u partijiet oħra tal-kamp tas-sħana. Madankollu, f'temperaturi għoljin, speċjalment fuq distanzi twal, il-mod ewlieni tat-trasferiment tas-sħana huwa r-radjazzjoni.
Il-partijiet tal-grafita huma inizjalment magħmula minn partiċelli fini karboniċi mħallta ma' sustanza li tgħaqqad u ffurmati permezz ta' estrużjoni jew ippressar iżostatiku. Partijiet tal-grafita ta' kwalità għolja ġeneralment jiġu ppressati b'mod iżostattiku. Il-biċċa sħiħa l-ewwel tiġi karbonizzata u mbagħad grafitizzata f'temperaturi għoljin ħafna, qrib it-3000°C. Il-partijiet ipproċessati minn dawn il-biċċiet sħaħ ġeneralment jiġu ppurifikati f'atmosfera li fiha l-kloru f'temperaturi għoljin biex titneħħa l-kontaminazzjoni tal-metall biex jintlaħqu r-rekwiżiti tal-industrija tas-semikondutturi. Madankollu, anke wara purifikazzjoni xierqa, il-livell ta' kontaminazzjoni tal-metall huwa diversi ordnijiet ta' kobor ogħla minn dak permess għal materjali monokristallini tas-silikon. Għalhekk, trid tingħata attenzjoni fid-disinn tal-kamp termali biex tiġi evitata l-kontaminazzjoni ta' dawn il-komponenti milli jidħlu fil-wiċċ tat-tidwib jew tal-kristall.
Il-materjali tal-grafita huma kemxejn permeabbli, u dan jagħmilha faċli għall-metall li jifdal ġewwa biex jilħaq il-wiċċ. Barra minn hekk, il-monossidu tas-silikon preżenti fil-gass tat-tneħħija madwar il-wiċċ tal-grafita jista' jippenetra fil-biċċa l-kbira tal-materjali u jirreaġixxi.
Il-ħiters bikrija tal-forn tas-silikon monokristallin kienu magħmula minn metalli refrattorji bħat-tungstenu u l-molibdenu. Biż-żieda fil-maturità tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-grafita, il-proprjetajiet elettriċi tal-konnessjoni bejn il-komponenti tal-grafita saru stabbli, u l-ħiters tal-forn tas-silikon monokristallin issostitwixxew kompletament it-tungstenu, il-molibdenu u ħiters ta' materjali oħra. Fil-preżent, l-aktar materjal tal-grafita użat huwa l-grafita iżostatika. It-teknoloġija tal-preparazzjoni tal-grafita iżostatika ta' pajjiżi hija relattivament lura, u ħafna mill-materjali tal-grafita użati fl-industrija fotovoltajka domestika huma importati minn barra. Il-manifatturi barranin tal-grafita iżostatika jinkludu prinċipalment SGL tal-Ġermanja, Tokai Carbon tal-Ġappun, Toyo Tanso tal-Ġappun, eċċ. Fil-fran tas-silikon monokristallin Czochralski, xi kultant jintużaw materjali komposti C/C, u bdew jintużaw għall-manifattura ta' boltijiet, ġewż, griġjoli, pjanċi tat-tagħbija u komponenti oħra. Il-kompożiti tal-karbonju/karbonju (C/C) huma kompożiti bbażati fuq il-karbonju rinforzati bil-fibra tal-karbonju b'serje ta' proprjetajiet eċċellenti bħal saħħa speċifika għolja, modulu speċifiku għoli, koeffiċjent baxx ta' espansjoni termali, konduttività elettrika tajba, ebusija għolja għall-ksur, gravità speċifika baxxa, reżistenza għax-xokk termali, reżistenza għall-korrużjoni, u reżistenza għat-temperatura għolja. Fil-preżent, huma użati ħafna fl-ajruspazju, it-tlielaq, il-bijomaterjali u oqsma oħra bħala materjali strutturali ġodda reżistenti għal temperatura għolja. Fil-preżent, l-ostakli ewlenin li jiltaqgħu magħhom il-kompożiti domestiċi C/C għadhom kwistjonijiet ta' spiża u industrijalizzazzjoni.
Hemm ħafna materjali oħra użati biex isiru kampi termali. Il-grafita rinfurzata bil-fibra tal-karbonju għandha proprjetajiet mekkaniċi aħjar; iżda hija aktar għalja u għandha rekwiżiti oħra għad-disinn.Karbur tas-silikon (SiC)huwa materjal aħjar mill-grafita f'ħafna aspetti, iżda huwa ħafna iktar għali u diffiċli biex tipprepara partijiet ta' volum kbir. Madankollu, is-SiC spiss jintuża bħalaKisi tas-CVDbiex iżżid il-ħajja tal-partijiet tal-grafita esposti għall-gass korrużiv tal-monossidu tas-silikon, u tista' wkoll tnaqqas il-kontaminazzjoni mill-grafita. Il-kisi dens tas-CVD tal-karbur tas-silikon jipprevjeni b'mod effettiv il-kontaminanti ġewwa l-materjal tal-grafita mikroporuż milli jilħqu l-wiċċ.
Ieħor huwa l-karbonju CVD, li jista' wkoll jifforma saff dens 'il fuq mill-parti tal-grafita. Materjali oħra reżistenti għal temperatura għolja, bħal molibdenu jew materjali taċ-ċeramika li jistgħu jeżistu flimkien mal-ambjent, jistgħu jintużaw fejn ma jkun hemm l-ebda riskju ta' kontaminazzjoni tat-tidwib. Madankollu, iċ-ċeramika tal-ossidu ġeneralment hija limitata fl-applikabbiltà tagħha għal materjali tal-grafita f'temperaturi għoljin, u hemm ftit għażliet oħra jekk tkun meħtieġa insulazzjoni. Waħda hija n-nitrid tal-boron eżagonali (xi kultant imsejjaħ grafita bajda minħabba proprjetajiet simili), iżda l-proprjetajiet mekkaniċi huma fqar. Il-molibdenu ġeneralment jintuża b'mod raġonevoli għal sitwazzjonijiet ta' temperatura għolja minħabba l-ispiża moderata tiegħu, rata baxxa ta' diffużjoni fil-kristalli tas-silikon, u koeffiċjent ta' segregazzjoni baxx ħafna ta' madwar 5 × 108, li jippermetti ċertu ammont ta' kontaminazzjoni tal-molibdenu qabel ma tinqered l-istruttura tal-kristall.
2. Materjali ta' insulazzjoni termali
L-aktar materjal ta' insulazzjoni użat komunement huwa l-feltru tal-karbonju f'diversi forom. Il-feltru tal-karbonju huwa magħmul minn fibri rqaq, li jaġixxu bħala insulazzjoni għaliex jimblokkaw ir-radjazzjoni termali diversi drabi fuq distanza qasira. Il-feltru tal-karbonju artab huwa minsuġ f'folji relattivament irqaq ta' materjal, li mbagħad jinqatgħu fil-forma mixtieqa u jitgħawġu sewwa f'raġġ raġonevoli. Il-feltri vulkanizzati huma magħmula minn materjali ta' fibra simili, u binder li fih il-karbonju jintuża biex jgħaqqad il-fibri mxerrda f'oġġett aktar solidu u ffurmat. L-użu ta' depożizzjoni kimika tal-fwar tal-karbonju minflok binder jista' jtejjeb il-proprjetajiet mekkaniċi tal-materjal.
Tipikament, il-wiċċ ta' barra tal-feltru tal-insulazzjoni termali li jfejjaq huwa miksi b'kisja jew fojl kontinwu tal-grafita biex titnaqqas l-erożjoni u l-użu kif ukoll il-kontaminazzjoni tal-partikuli. Jeżistu wkoll tipi oħra ta' materjali ta' insulazzjoni termali bbażati fuq il-karbonju, bħal fowm tal-karbonju. B'mod ġenerali, il-materjali grafitizzati huma ovvjament preferuti għaliex il-grafitizzazzjoni tnaqqas ħafna l-erja tal-wiċċ tal-fibra. L-ħruġ ta' gass minn dawn il-materjali b'erja tal-wiċċ għolja huwa mnaqqas ħafna, u jieħu inqas ħin biex il-forn jiġi ppumpjat għal vakwu adattat. Ieħor huwa materjal kompost C/C, li għandu karatteristiċi eċċellenti bħal piż ħafif, tolleranza għolja għall-ħsara u saħħa għolja. L-użu f'oqsma termali biex jissostitwixxi partijiet tal-grafita jnaqqas b'mod sinifikanti l-frekwenza tas-sostituzzjoni tal-partijiet tal-grafita, itejjeb il-kwalità monokristallina u l-istabbiltà tal-produzzjoni.
Skont il-klassifikazzjoni tal-materja prima, il-feltru tal-karbonju jista' jinqasam f'feltru tal-karbonju bbażat fuq il-poliakrilonitril, feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viskoż, u feltru tal-karbonju bbażat fuq iż-żift.
Il-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-poliakrilonitril għandu kontenut kbir ta' rmied. Wara trattament f'temperatura għolja, il-fibra waħda ssir fraġli. Waqt it-tħaddim, huwa faċli li tiġġenera trab li jniġġes l-ambjent tal-forn. Fl-istess ħin, il-fibra tista' faċilment tidħol fil-pori u l-passaġġ respiratorju tal-ġisem tal-bniedem, li huwa ta' ħsara għas-saħħa tal-bniedem. Il-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viscose għandu prestazzjoni tajba ta' insulazzjoni termali. Huwa relattivament artab wara t-trattament bis-sħana u mhux faċli li tiġġenera trab. Madankollu, is-sezzjoni trasversali tal-fibra mhux ipproċessata bbażata fuq il-viscose hija irregolari, u hemm ħafna skanalaturi fuq il-wiċċ tal-fibra. Huwa faċli li tiġġenera gassijiet bħas-C02 taħt l-atmosfera ossidanti tal-forn tas-silikon CZ, li tikkawża l-preċipitazzjoni ta' elementi ta' ossiġnu u karbonju fil-materjal tas-silikon monokristallin. Il-manifatturi ewlenin jinkludu l-SGL Ġermaniż u kumpaniji oħra. Fil-preżent, l-aktar użat fl-industrija monokristallina tas-semikondutturi huwa l-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-qatran, li għandu prestazzjoni ta' insulazzjoni termali agħar mill-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-viscose, iżda l-feltru tal-karbonju bbażat fuq il-qatran għandu purità ogħla u emissjoni ta' trab aktar baxxa. Il-manifatturi jinkludu Kureha Chemical tal-Ġappun u Osaka Gas.
Minħabba li l-forma tal-feltru tal-karbonju mhijiex fissa, huwa inkonvenjenti biex topera. Issa ħafna kumpaniji żviluppaw materjal ġdid ta' insulazzjoni termali bbażat fuq feltru tal-karbonju vulkanizzat bil-feltru tal-karbonju. Il-feltru tal-karbonju vulkanizzat, imsejjaħ ukoll feltru iebes, huwa feltru tal-karbonju b'ċerta forma u proprjetà awtosuffiċjenti wara li l-feltru artab ikun mimli bir-reżina, laminat, vulkanizzat u karbonizzat.
Il-kwalità tat-tkabbir tas-silikon monokristallin hija affettwata direttament mill-ambjent termali, u l-materjali ta' insulazzjoni termali tal-fibra tal-karbonju għandhom rwol ewlieni f'dan l-ambjent. Il-feltru artab ta' insulazzjoni termali tal-fibra tal-karbonju għad għandu vantaġġ sinifikanti fl-industrija tas-semikondutturi fotovoltajċi minħabba l-vantaġġ tal-ispejjeż tiegħu, l-effett eċċellenti ta' insulazzjoni termali, id-disinn flessibbli u l-forma personalizzabbli. Barra minn hekk, il-feltru iebes ta' insulazzjoni termali tal-fibra tal-karbonju se jkollu spazju ta' żvilupp akbar fis-suq tal-materjali tal-qasam termali minħabba ċ-ċerta saħħa tiegħu u l-operabilità ogħla. Aħna impenjati għar-riċerka u l-iżvilupp fil-qasam tal-materjali ta' insulazzjoni termali, u nottimizzaw kontinwament il-prestazzjoni tal-prodott biex nippromwovu l-prosperità u l-iżvilupp tal-industrija tas-semikondutturi fotovoltajċi.
Ħin tal-posta: 12 ta' Ġunju 2024