मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन वृद्धिको गुणस्तर निर्धारण गर्ने महत्त्वपूर्ण सामग्रीहरू - थर्मल क्षेत्र

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकनको वृद्धि प्रक्रिया पूर्ण रूपमा थर्मल क्षेत्रमा गरिन्छ। राम्रो थर्मल क्षेत्रले क्रिस्टलको गुणस्तर सुधार गर्न अनुकूल हुन्छ र उच्च क्रिस्टलाइजेसन दक्षता हुन्छ। थर्मल क्षेत्रको डिजाइनले गतिशील थर्मल क्षेत्रको तापक्रम ढाँचामा हुने परिवर्तन र भट्टी कक्षमा ग्यासको प्रवाहलाई ठूलो मात्रामा निर्धारण गर्दछ। थर्मल क्षेत्रमा प्रयोग हुने सामग्रीहरूमा भिन्नताले थर्मल क्षेत्रको सेवा जीवनलाई प्रत्यक्ष रूपमा निर्धारण गर्दछ। एक अनुचित थर्मल क्षेत्रले गुणस्तर आवश्यकताहरू पूरा गर्ने क्रिस्टलहरू बढाउन गाह्रो मात्र होइन, तर निश्चित प्रक्रिया आवश्यकताहरू अन्तर्गत पूर्ण मोनोक्रिस्टलाइन पनि बढ्न सक्दैन। यही कारणले गर्दा प्रत्यक्ष-पुल मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन उद्योगले थर्मल क्षेत्र डिजाइनलाई सबैभन्दा मुख्य प्रविधिको रूपमा लिन्छ र थर्मल क्षेत्र अनुसन्धान र विकासमा विशाल जनशक्ति र भौतिक स्रोतहरू लगानी गर्दछ।

थर्मल प्रणाली विभिन्न थर्मल फिल्ड सामग्रीहरू मिलेर बनेको हुन्छ। हामी थर्मल क्षेत्रमा प्रयोग हुने सामग्रीहरूको संक्षिप्त परिचय मात्र दिन्छौं। थर्मल क्षेत्रमा तापक्रम वितरण र क्रिस्टल तान्ने प्रक्रियामा यसको प्रभावको बारेमा, हामी यहाँ यसको विश्लेषण गर्दैनौं। थर्मल फिल्ड सामग्रीले क्रिस्टल वृद्धिको भ्याकुम फर्नेस चेम्बरमा संरचना र थर्मल इन्सुलेशन भागलाई जनाउँछ, जुन अर्धचालक पग्लिएको र क्रिस्टल वरिपरि उपयुक्त तापक्रम वितरण सिर्जना गर्न आवश्यक छ।

१. थर्मल फिल्ड संरचना सामग्री

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन बढाउनको लागि प्रत्यक्ष-पुल विधिको लागि आधारभूत सहायक सामग्री उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट हो। आधुनिक उद्योगमा ग्रेफाइट सामग्रीहरूले धेरै महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। तिनीहरूलाई ताप क्षेत्र संरचनात्मक घटकहरूको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ जस्तैहीटरहरू, गाइड ट्यूबहरू, क्रुसिबलहरू, इन्सुलेशन ट्यूबहरू, क्रुसिबल ट्रेहरू, आदि। जोक्राल्स्की विधिद्वारा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकनको तयारीमा।

ग्रेफाइट सामग्रीहरूठूलो मात्रामा तयार गर्न सजिलो हुने, प्रशोधन गर्न सकिने र उच्च तापक्रम प्रतिरोधी हुने भएकाले यी पदार्थहरू छनोट गरिन्छन्। हीरा वा ग्रेफाइटको रूपमा कार्बनको पग्लने बिन्दु कुनै पनि तत्व वा यौगिकभन्दा उच्च हुन्छ। ग्रेफाइट सामग्रीहरू धेरै बलियो हुन्छन्, विशेष गरी उच्च तापक्रममा, र तिनीहरूको विद्युतीय र तापीय चालकता पनि धेरै राम्रो हुन्छ। यसको विद्युतीय चालकताले यसलाई उपयुक्त बनाउँछ।हिटरसामग्री। यसमा सन्तोषजनक तापीय चालकता गुणांक छ, जसले हीटरद्वारा उत्पन्न हुने तापलाई क्रुसिबल र ताप क्षेत्रका अन्य भागहरूमा समान रूपमा वितरण गर्न अनुमति दिन्छ। यद्यपि, उच्च तापक्रममा, विशेष गरी लामो दूरीमा, मुख्य ताप स्थानान्तरण मोड विकिरण हो।

ग्रेफाइट भागहरू सुरुमा बाइन्डरसँग मिसाइएका सूक्ष्म कार्बोनेसियस कणहरूबाट बनेका हुन्छन् र एक्सट्रुजन वा आइसोस्टेटिक प्रेसिंगद्वारा बनाइन्छ। उच्च-गुणस्तरका ग्रेफाइट भागहरू सामान्यतया आइसोस्टेटिक रूपमा थिचिन्छन्। सम्पूर्ण टुक्रालाई पहिले कार्बनाइज गरिन्छ र त्यसपछि धेरै उच्च तापक्रममा, ३००० डिग्री सेल्सियसको नजिक ग्राफाइज गरिन्छ। यी सम्पूर्ण टुक्राहरूबाट प्रशोधित भागहरूलाई सामान्यतया क्लोरिन युक्त वायुमण्डलमा उच्च तापक्रममा शुद्ध गरिन्छ ताकि अर्धचालक उद्योगको आवश्यकताहरू पूरा गर्न धातुको प्रदूषण हटाइयोस्। यद्यपि, उचित शुद्धीकरण पछि पनि, धातुको प्रदूषणको स्तर सिलिकन मोनोक्रिस्टलाइन सामग्रीहरूको लागि अनुमति दिइएको भन्दा धेरै परिमाणमा बढी हुन्छ। त्यसकारण, पग्लिएको वा क्रिस्टल सतहमा यी घटकहरूको प्रदूषण रोक्नको लागि थर्मल फिल्ड डिजाइनमा सावधानी अपनाउनु पर्छ।

ग्रेफाइट सामग्रीहरू थोरै पारगम्य हुन्छन्, जसले गर्दा भित्र रहेको बाँकी धातु सतहमा पुग्न सजिलो हुन्छ। साथै, ग्रेफाइट सतह वरिपरि पर्ज ग्यासमा रहेको सिलिकन मोनोअक्साइड धेरैजसो सामग्रीहरूमा प्रवेश गर्न र प्रतिक्रिया गर्न सक्छ।

प्रारम्भिक मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन फर्नेस हीटरहरू टंगस्टन र मोलिब्डेनम जस्ता रिफ्रेक्टरी धातुहरूबाट बनेका थिए। ग्रेफाइट प्रशोधन प्रविधिको बढ्दो परिपक्वतासँगै, ग्रेफाइट कम्पोनेन्टहरू बीचको जडानको विद्युतीय गुणहरू स्थिर भएका छन्, र मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन फर्नेस हीटरहरूले टंगस्टन, मोलिब्डेनम र अन्य सामग्री हीटरहरूलाई पूर्ण रूपमा प्रतिस्थापन गरेका छन्। हाल, सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने ग्रेफाइट सामग्री आइसोस्टेटिक ग्रेफाइट हो। मेरो देशको आइसोस्टेटिक ग्रेफाइट तयारी प्रविधि अपेक्षाकृत पछाडि छ, र घरेलु फोटोभोल्टिक उद्योगमा प्रयोग हुने अधिकांश ग्रेफाइट सामग्रीहरू विदेशबाट आयात गरिन्छ। विदेशी आइसोस्टेटिक ग्रेफाइट निर्माताहरूमा मुख्यतया जर्मनीको SGL, जापानको टोकाई कार्बन, जापानको टोयो टान्सो, आदि समावेश छन्। Czochralski मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन फर्नेसहरूमा, कहिलेकाहीं C/C कम्पोजिट सामग्रीहरू प्रयोग गरिन्छ, र तिनीहरू बोल्ट, नट, क्रुसिबल, लोड प्लेटहरू र अन्य घटकहरू निर्माण गर्न प्रयोग गर्न थालेका छन्। कार्बन/कार्बन (C/C) कम्पोजिटहरू कार्बन फाइबर प्रबलित कार्बन-आधारित कम्पोजिटहरू हुन् जसमा उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च विशिष्ट मोड्युलस, कम थर्मल विस्तार गुणांक, राम्रो विद्युतीय चालकता, उच्च फ्र्याक्चर कठोरता, कम विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण, थर्मल झटका प्रतिरोध, जंग प्रतिरोध, र उच्च तापमान प्रतिरोध जस्ता उत्कृष्ट गुणहरूको श्रृंखला हुन्छ। हाल, तिनीहरू एयरोस्पेस, रेसिङ, बायोमटेरियल र अन्य क्षेत्रहरूमा नयाँ उच्च-तापमान प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्रीको रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हाल, घरेलु C/C कम्पोजिटहरूले सामना गर्ने मुख्य अवरोधहरू अझै पनि लागत र औद्योगिकीकरणका मुद्दाहरू हुन्।

थर्मल फिल्डहरू बनाउन प्रयोग गरिने अन्य धेरै सामग्रीहरू छन्। कार्बन फाइबर प्रबलित ग्रेफाइटमा राम्रो मेकानिकल गुणहरू छन्; तर यो महँगो छ र डिजाइनको लागि अन्य आवश्यकताहरू छन्।सिलिकन कार्बाइड (SiC)धेरै पक्षहरूमा ग्रेफाइट भन्दा राम्रो सामग्री हो, तर यो धेरै महँगो छ र ठूलो मात्रामा भागहरू तयार गर्न गाह्रो छ। यद्यपि, SiC प्रायः एकको रूपमा प्रयोग गरिन्छCVD कोटिंगसंक्षारक सिलिकन मोनोअक्साइड ग्यासको सम्पर्कमा आउने ग्रेफाइट भागहरूको आयु बढाउन, र ग्रेफाइटबाट हुने प्रदूषणलाई पनि कम गर्न सक्छ। बाक्लो CVD सिलिकन कार्बाइड कोटिंगले माइक्रोपोरस ग्रेफाइट सामग्री भित्रका दूषित पदार्थहरूलाई सतहमा पुग्नबाट प्रभावकारी रूपमा रोक्छ।

अर्को CVD कार्बन हो, जसले ग्रेफाइट भाग माथि बाक्लो तह पनि बनाउन सक्छ। अन्य उच्च तापक्रम प्रतिरोधी सामग्रीहरू, जस्तै मोलिब्डेनम वा वातावरणसँग सहअस्तित्वमा रहन सक्ने सिरेमिक सामग्रीहरू, पग्लने दूषित हुने जोखिम नभएको ठाउँमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यद्यपि, अक्साइड सिरेमिकहरू सामान्यतया उच्च तापक्रममा ग्रेफाइट सामग्रीहरूमा लागू हुने क्षमतामा सीमित हुन्छन्, र यदि इन्सुलेशन आवश्यक छ भने केही अन्य विकल्पहरू छन्। एउटा हेक्सागोनल बोरोन नाइट्राइड हो (कहिलेकाहीँ समान गुणहरूको कारणले सेतो ग्रेफाइट भनिन्छ), तर मेकानिकल गुणहरू कमजोर छन्। मोलिब्डेनम सामान्यतया उच्च तापक्रम परिस्थितिहरूको लागि उचित रूपमा प्रयोग गरिन्छ किनभने यसको मध्यम लागत, सिलिकन क्रिस्टलहरूमा कम प्रसार दर, र लगभग 5×108 को धेरै कम पृथकीकरण गुणांक, जसले क्रिस्टल संरचनालाई नष्ट गर्नु अघि निश्चित मात्रामा मोलिब्डेनम प्रदूषणलाई अनुमति दिन्छ।

२. थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीहरू

सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने इन्सुलेशन सामग्री विभिन्न रूपहरूमा कार्बन फेल्ट हो। कार्बन फेल्ट पातलो फाइबरबाट बनेको हुन्छ, जसले इन्सुलेशनको रूपमा काम गर्छ किनभने तिनीहरूले छोटो दूरीमा धेरै पटक थर्मल विकिरणलाई रोक्छन्। नरम कार्बन फेल्टलाई सामग्रीको तुलनात्मक रूपमा पातलो पानाहरूमा बुनेको हुन्छ, जुन त्यसपछि इच्छित आकारमा काटिन्छ र उचित त्रिज्यामा कडा रूपमा झुकाइन्छ। निको पारिएका फेल्टहरू समान फाइबर सामग्रीहरूबाट बनेका हुन्छन्, र छरिएका फाइबरहरूलाई थप ठोस र आकारको वस्तुमा जोड्न कार्बन युक्त बाइन्डर प्रयोग गरिन्छ। बाइन्डरको सट्टा कार्बनको रासायनिक वाष्प निक्षेपणको प्रयोगले सामग्रीको यान्त्रिक गुणहरू सुधार गर्न सक्छ।

सामान्यतया, थर्मल इन्सुलेशन क्युरिङ फेल्टको बाहिरी सतहलाई निरन्तर ग्रेफाइट कोटिंग वा पन्नीले लेपित गरिन्छ जसले क्षरण र पहिरन कम गर्छ साथै कण प्रदूषण पनि कम गर्छ। कार्बन फोम जस्ता अन्य प्रकारका कार्बन-आधारित थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीहरू पनि अवस्थित छन्। सामान्यतया, ग्राफिटाइज्ड सामग्रीहरू स्पष्ट रूपमा रुचाइन्छ किनभने ग्राफिटाइजेशनले फाइबरको सतह क्षेत्रफललाई धेरै कम गर्छ। यी उच्च-सतह-क्षेत्र सामग्रीहरूको आउटग्यासिङ धेरै कम हुन्छ, र भट्टीलाई उपयुक्त भ्याकुममा पम्प गर्न कम समय लाग्छ। अर्को C/C कम्पोजिट सामग्री हो, जसमा हल्का तौल, उच्च क्षति सहनशीलता र उच्च शक्ति जस्ता उत्कृष्ट विशेषताहरू छन्। ग्रेफाइट भागहरू प्रतिस्थापन गर्न थर्मल क्षेत्रहरूमा प्रयोग गर्दा ग्रेफाइट भागहरू प्रतिस्थापनको आवृत्तिलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ, मोनोक्रिस्टलाइन गुणस्तर र उत्पादन स्थिरता सुधार गर्दछ।

कच्चा पदार्थको वर्गीकरण अनुसार, कार्बन फेल्टलाई पोलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फेल्ट, भिस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट, र पिच-आधारित कार्बन फेल्टमा विभाजन गर्न सकिन्छ।
पोलीएक्रिलोनिट्राइलमा आधारित कार्बन फेल्टमा खरानी मात्रा बढी हुन्छ। उच्च-तापमान उपचार पछि, एकल फाइबर भंगुर हुन्छ। सञ्चालनको क्रममा, भट्टीको वातावरणलाई प्रदूषित गर्न धुलो उत्पन्न गर्न सजिलो हुन्छ। साथै, फाइबर सजिलै मानव शरीरको छिद्रहरू र श्वासप्रश्वास पथमा प्रवेश गर्न सक्छ, जुन मानव स्वास्थ्यको लागि हानिकारक छ। भिस्कोस-आधारित कार्बन फेल्टमा राम्रो थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन हुन्छ। ताप उपचार पछि यो अपेक्षाकृत नरम हुन्छ र धुलो उत्पन्न गर्न सजिलो हुँदैन। यद्यपि, भिस्कोस-आधारित कच्चा फाइबरको क्रस-सेक्शन अनियमित छ, र फाइबर सतहमा धेरै खाँचहरू छन्। CZ सिलिकन फर्नेसको अक्सिडाइजिंग वातावरण अन्तर्गत C02 जस्ता ग्यासहरू उत्पन्न गर्न सजिलो छ, जसले मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन सामग्रीमा अक्सिजन र कार्बन तत्वहरूको वर्षा निम्त्याउँछ। मुख्य निर्माताहरूमा जर्मन SGL र अन्य कम्पनीहरू समावेश छन्। हाल, अर्धचालक मोनोक्रिस्टलाइन उद्योगमा सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने पिच-आधारित कार्बन फेल्ट हो, जसको भिस्कोस-आधारित कार्बन फेल्ट भन्दा खराब थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन छ, तर पिच-आधारित कार्बन फेल्टमा उच्च शुद्धता र कम धुलो उत्सर्जन छ। उत्पादकहरूमा जापानको कुरेहा केमिकल र ओसाका ग्यास समावेश छन्।
कार्बन फेल्टको आकार स्थिर नभएकोले, यो सञ्चालन गर्न असुविधाजनक छ। अब धेरै कम्पनीहरूले कार्बन फेल्ट-क्युर्ड कार्बन फेल्टमा आधारित नयाँ थर्मल इन्सुलेशन सामग्री विकास गरेका छन्। क्युर्ड कार्बन फेल्ट, जसलाई हार्ड फेल्ट पनि भनिन्छ, नरम फेल्टलाई रेजिनले गर्भवती गरेपछि, ल्यामिनेटेड, क्युर्ड र कार्बनाइज्ड गरेपछि निश्चित आकार र आत्मनिर्भर गुण भएको कार्बन फेल्ट हो।

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकनको वृद्धि गुणस्तर थर्मल वातावरणबाट प्रत्यक्ष रूपमा प्रभावित हुन्छ, र कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीहरूले यस वातावरणमा प्रमुख भूमिका खेल्छन्। कार्बन फाइबर थर्मल इन्सुलेशन नरम फेल्टको अझै पनि फोटोभोल्टिक अर्धचालक उद्योगमा यसको लागत लाभ, उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन प्रभाव, लचिलो डिजाइन र अनुकूलन योग्य आकारको कारणले महत्त्वपूर्ण फाइदा छ। थप रूपमा, कार्बन फाइबर हार्ड थर्मल इन्सुलेशन फेल्टको निश्चित शक्ति र उच्च सञ्चालन क्षमताको कारण थर्मल क्षेत्र सामग्री बजारमा ठूलो विकास स्थान हुनेछ। हामी थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीको क्षेत्रमा अनुसन्धान र विकास गर्न प्रतिबद्ध छौं, र फोटोभोल्टिक अर्धचालक उद्योगको समृद्धि र विकासलाई प्रवर्द्धन गर्न उत्पादन प्रदर्शनलाई निरन्तर अनुकूलन गर्नेछौं।