හැඳින්වීම: ග්රැෆයිට් කෲසිබල් — අධික උෂ්ණත්ව නිෂ්පාදනය සඳහා තීරණාත්මක සංරචක
නවීන ඉහළ මට්ටමේ නිෂ්පාදන ක්ෂේත්රය තුළ, බොහෝ තීරණාත්මක ක්රියාවලීන් අධික තාපය මගින් සංලක්ෂිත පරිසරයන් මත රඳා පවතී. සාම්ප්රදායික ලෝහ උණු කිරීමේ සිට තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය නිෂ්පාදනය දක්වා, ඉහළ උෂ්ණත්ව උපකරණ තුළ භාවිතා කරන ද්රව්ය සෙල්සියස් අංශක දහස් ගණනකට ළඟා වන තාප පරිසරයන්ට ඔරොත්තු දෙනවා පමණක් නොව, ස්ථාවර භෞතික ගුණාංග, විශිෂ්ට තාප හුවමාරු හැකියාවන් සහ දූෂණය වීමේ අවම අවදානමක් පවත්වා ගත යුතුය.
ග්රැෆයිට් කබොලමෙම කාර්මික ඉල්ලුම සපුරාලීම සඳහා නිශ්චිතවම ඉහළ උෂ්ණත්ව සංරචකවල ප්රධාන පන්තියක් ලෙස මතු විය.
සාම්ප්රදායිකව, රන්, රිදී, තඹ සහ ඇලුමිනියම් වැනි ලෝහ උණු කිරීමේදී උණු කළ ද්රව්ය රඳවා තබා ගැනීමට සහ මාරු කිරීමට මිනිරන් කබොල ප්රධාන වශයෙන් භාවිතා කරන ලදී. කෙසේ වෙතත්, අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය, අධි බලැති ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ සහ නව බලශක්ති ද්රව්ය ඇතුළු දියුණු නිෂ්පාදන අංශවල වේගවත් සංවර්ධනයත් සමඟ මිනිරන් කබොලවල යෙදීම් සාම්ප්රදායික ලෝහ විද්යාවෙන් ඔබ්බට බොහෝ සෙයින් ව්යාප්ත වී ඇත.
අද වන විට, අධි-පිරිසිදු මිනිරන් කබොල අත්යවශ්ය සංරචක බවට පත්ව ඇත:
- SiC තනි-ස්ඵටික වර්ධනය;
- අර්ධ සන්නායක ස්ඵටික නිෂ්පාදනය;
- ප්රකාශ වෝල්ටීයතා සිලිකන් ද්රව්ය සකස් කිරීම;
- අධි-උෂ්ණත්ව රික්ත තාප පිරියම් කිරීම;
- CVD සහ එපිටැක්සි උපකරණ සඳහා තාප ක්ෂේත්ර පද්ධති.
අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී, ග්රැෆයිට් කබොලක් යනු ඉහළ උෂ්ණත්ව බහාලුමක් පමණක් නොවේ; එය තාප ක්ෂේත්ර පද්ධතිය තුළ තීරණාත්මක ද්රව්යයක් වන අතර, ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය, උෂ්ණත්ව ඒකාකාරිත්වය සහ ක්රියාවලි ස්ථායිතාවයට සෘජුවම බලපාන කාර්ය සාධන ලක්ෂණ ඇත.
ග්රැෆයිට් කෲසිබල් එකක් යනු කුමක්ද?
A මිනිරන් කබොලඅධි-පිරිසිදු මිනිරන් වලින් යන්ත්රගත කරන ලද අධි-උෂ්ණත්ව බහාලුම් සංරචකයකි; එය ප්රධාන වශයෙන් අධික උෂ්ණත්ව පරිසරවල විවිධ ද්රව්ය රඳවා තබා ගැනීමට, රත් කිරීමට හෝ සැකසීමට භාවිතා කරයි.
මිනිරන් වල අද්විතීය තාප, විද්යුත් සහ රසායනික ගුණාංගවලට ස්තූතිවන්ත වන්නට, සාම්ප්රදායික ලෝහ ද්රව්ය අසමත් වන පරිසරවල පවා මෙම කෝව ස්ථායීව ක්රියා කළ හැකිය.
වර්තමානයේ, මිනිරන් කබොල බහුලව භාවිතා වන්නේ:
- වටිනා ලෝහ උණු කිරීම;
- ෆෙරස් නොවන ලෝහ වාත්තු කිරීම;
- මිශ්ර ලෝහ සැකසීම;
- ඉහළ උෂ්ණත්ව රසායනාගාර අත්හදා බැලීම්;
- අර්ධ සන්නායක ස්ඵටික වර්ධනය;
- නව බලශක්ති ද්රව්ය නිෂ්පාදනය.
ඉහළ මට්ටමේ නිෂ්පාදන ක්ෂේත්රය තුළ, ග්රැෆයිට් කබොලවල ප්රධාන වටිනාකම පවතින්නේ ස්ථායී, පිරිසිදු සහ ඉතා ඒකාකාර ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයක් සැපයීමේ හැකියාව තුළ ය. නිදසුනක් ලෙස, සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) ස්ඵටික වර්ධනය අතරතුර, ග්රැෆයිට් කබොල 2,000°C ඉක්මවන ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයන් තුළ දීර්ඝ කාලයක් ක්රියාත්මක විය යුතු අතර, සහතික කරන්නේ:
- ඒකාකාර තාප හුවමාරුව;
- ස්ථාවර ස්ඵටික වර්ධනය;
- අවම අපිරිසිදු දූෂණය.
එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, අධි-පිරිසිදු මිනිරන් අත්යවශ්ය මූලික ද්රව්යයක් බවට පත්ව ඇත.
| Pහි භෞතික ගුණාංගසමස්ථිතික මිනිරන් | ||
| දේපළ | ඒකකය | සාමාන්ය අගය |
| තොග ඝනත්වය | උ/සෙ.මී³ | 1.83 යනු |
| දෘඪතාව | එච්එස්ඩී | 58 |
| විද්යුත් ප්රතිරෝධකතාව | μΩ.m | 10 |
| නම්යශීලී ශක්තිය | එම්පීඒ | 47 |
| සම්පීඩ්යතා ශක්තිය | එම්පීඒ | 103 (ස්වදේශීය මාධ්ය) |
| ටෙන්සයිල් ස්ට්රෙන්ත් | එම්පීඒ | 31 |
| යංග්ගේ මොඩියුලස් | ජීපීඒ | 11.8 ශ්රේණිය |
| තාප ප්රසාරණය (CTE) | 10-6K-1 | 4.6 ශ්රේණිය |
| තාප සන්නායකතාවය | ඩබ්ලිව්.එම්.-1·කේ-1 | 130 යි |
| සාමාන්ය ධාන්ය ප්රමාණය | μm | 8-10 |
| සිදුරු බව | % | 10 |
| අළු අන්තර්ගතය | ppm | ≤5 (පිරිසිදු කිරීමෙන් පසු) |
ඉහළ උෂ්ණත්ව යෙදීම් සඳහා ග්රැෆයිට් වඩාත් සුදුසු වන්නේ ඇයි?
ඉහළ උෂ්ණත්ව කර්මාන්තවල අත්යවශ්ය ද්රව්යයක් ලෙස ග්රැෆයිට් වල තත්ත්වය එහි අද්විතීය ද්රව්ය ව්යුහය නිසා ඇතිවේ.
ස්ථර ස්ඵටික ව්යුහයකින් සකස් කරන ලද කාබන් පරමාණු වලින් සමන්විත මිනිරන්, සුවිශේෂී තාප ගුණ සහ රසායනික ස්ථායිතාව ඇත.
පළමුව, මිනිරන් කැපී පෙනෙන ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධයක් පෙන්නුම් කරයි. රික්තක හෝ නිෂ්ක්රීය වායුගෝලයන්හිදී, අධි-පිරිසිදු මිනිරන් ව්යුහාත්මක අඛණ්ඩතාව පවත්වා ගනිමින් දිගු කාලයක් පුරා ආන්තික උෂ්ණත්වයන්ට ඔරොත්තු දිය හැකිය. මෙය අර්ධ සන්නායක ස්ඵටික වර්ධනය වැනි අතිශය ඉහළ උෂ්ණත්ව ක්රියාවලීන් සඳහා බෙහෙවින් සුදුසු කරයි.
දෙවනුව, මිනිරන් විශිෂ්ට තාප සන්නායකතාවක් ලබා දෙයි. ස්ඵටික නිෂ්පාදනයේදී නිෂ්පාදන ගුණාත්මක භාවයට බලපාන තීරණාත්මක සාධකයක් වන්නේ උෂ්ණත්ව පාලනයයි. ඕනෑම දේශීය උෂ්ණත්ව උච්චාවචනයකට හේතු විය හැක:
- ස්ඵටික දෝෂ වැඩි වීම;
- ආතතිය ජනනය කිරීම;
- පිරිහුණු ද්රව්යමය ගුණාංග.
ග්රැෆයිට් වල උසස් තාප සන්නායකතාවය උපකරණ වඩාත් ඒකාකාර තාප ක්ෂේත්ර ව්යාප්තියක් ලබා ගැනීමට උපකාරී වන අතර එමඟින් ක්රියාවලි අනුකූලතාව වැඩි දියුණු කරයි.
තවද, මිනිරන් තාප ප්රසාරණයේ අඩු සංගුණකයක් සහ විශිෂ්ට තාප කම්පන ප්රතිරෝධයක් දක්වයි. ඉහළ උෂ්ණත්ව නිෂ්පාදනය බොහෝ විට වේගවත් උණුසුම සහ සිසිලන චක්ර ඇතුළත් වේ; මිනිරන් තාප ආතතිය නිසා ඇතිවන ව්යුහාත්මක හානිය ඵලදායී ලෙස අවම කරයි, සංරචකවල සේවා කාලය දීර්ඝ කරයි.
ඒ අතරම, අධි-සංශුද්ධතා මිනිරන් විශිෂ්ට රසායනික ස්ථායිතාවයක් පෙන්නුම් කරයි. අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන පරිසරයන් තුළ, ද්රව්ය දූෂණය නිෂ්පාදන අස්වැන්නට බලපාන ප්රධාන සාධකයකි. අපිරිසිදු අන්තර්ගතය අවම කිරීමෙන් සහ ද්රව්ය ව්යුහය ප්රශස්ත කිරීමෙන්, අධි-සංශුද්ධතා මිනිරන් ක්රියාවලි දූෂණය අඩු කරන අතර ස්ඵටික සංශුද්ධතාවය වැඩි දියුණු කරයි.
අධි-පිරිසිදු මිනිරන් කෝරල නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය
ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත මිනිරන් කබොල සරල සැකසුම් වල ප්රතිඵලයක් පමණක් නොවේ; ඒවා නිෂ්පාදනය කරනු ලබන්නේ දැඩි ද්රව්ය සකස් කිරීම, ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිකාර සහ නිරවද්ය යන්ත්රෝපකරණ මගිනි.
නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය සාමාන්යයෙන් ආරම්භ වන්නේ ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් මිනිරන් අමුද්රව්ය තෝරා ගැනීමෙනි.
මෙම අමුද්රව්යවලට සාමාන්යයෙන් පෙට්රෝලියම් කෝක්, පිච් කෝක් සහ අනෙකුත් අධි-පිරිසිදු කාබන් ද්රව්ය ඇතුළත් වේ. අර්ධ සන්නායක යෙදුම් සඳහා, දැඩි පාලනයක් අවශ්ය වේ:
- කාබන් සංශුද්ධතාවය;
- ලෝහ අපිරිසිදු අන්තර්ගතය;
- ධාන්ය ප්රමාණය;
- ද්රව්ය ඝනත්වය.
අමුද්රව්ය තලා, අඹරා, පෙරා ගත් පසු, ඒවා බන්ධකයක් සමඟ මිශ්ර කර ආරම්භක කබොල ව්යුහයක් බවට හැඩගස්වනු ලැබේ.
ඉහළ මට්ටමේ අර්ධ සන්නායක යෙදීම් සඳහා, සමස්ථානික පීඩන තාක්ෂණය බහුලව භාවිතා වන්නේ එය වඩාත් ඒකාකාර ද්රව්ය ඝනත්වයක් සහ ස්ථායී යාන්ත්රික ගුණාංග ලබා දෙන බැවිනි.
සාදන ලද කෝව ද්රව්ය ශක්තිය වැඩි දියුණු කිරීමට සහ එහි අභ්යන්තර ව්යුහය ස්ථාවර කිරීමට පිළිස්සීමේ ක්රියාවලියකට භාජනය වේ.
පසුව, ග්රැෆිටයිලේෂන් ක්රියාවලියක් මගින් අක්රමවත් කාබන් ව්යුහය අතිශය ඉහළ උෂ්ණත්ව යටතේ ඉතා ඇණවුම් කළ ග්රැෆයිට් ස්ඵටික ව්යුහයක් බවට පරිවර්තනය කරයි.
මෙම ක්රියාවලිය අවසාන නිෂ්පාදනයේ:
- තාප සන්නායකතාවය;
- විද්යුත් ප්රතිරෝධකතාව;
- යාන්ත්රික ශක්තිය;
- ඉහළ උෂ්ණත්ව ස්ථායිතාව.
අවසාන වශයෙන්, නිශ්චිත යෙදුම් අවශ්යතා මත පදනම්ව, මිනිරන් කබොල පහත පරිදි සිදු වේ:
- CNC නිරවද්ය යන්ත්රෝපකරණ;
- මතුපිට ප්රතිකාර;
- මාන පරීක්ෂාව;
- පිරිසිදු කිරීමේ/පිරිසිදු කිරීමේ ප්රතිකාර.
මෙම පියවරයන් මඟින් අර්ධ සන්නායක උපකරණවල ඉහළ නිරවද්යතාවය සහ ඉහළ විශ්වසනීයත්ව අවශ්යතා සපුරාලීමට කබොල සහතික කෙරේ.
අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදනයේදී ග්රැෆයිට් කෲසබල්වල යෙදීම්
තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක තාක්ෂණයේ දියුණුවත් සමඟ, උසස් නිෂ්පාදන ක්ෂේත්රයේ ග්රැෆයිට් කබොලවල වැදගත්කම අඛණ්ඩව වර්ධනය වේ.
1. Sඉලිකන් කාබයිඩ් (SiC) ස්ඵටික වර්ධනය
තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක ද්රව්යයක් ලෙස, SiC පහත සඳහන් වාසි ලබා දෙයි:
- ඉහළ බිඳවැටීමේ විද්යුත් ක්ෂේත්රය;
- ඉහළ තාප සන්නායකතාවය;
- ඉහළ ඉලෙක්ට්රෝන සංචලනය;
... සහ නව බලශක්ති වාහන, බල ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ සහ පුනර්ජනනීය බලශක්ති පද්ධතිවල බහුලව භාවිතා වේ.
වර්තමානයේ, කාර්මික SiC ස්ඵටික නිෂ්පාදනය ප්රධාන වශයෙන් භෞතික වාෂ්ප ප්රවාහන (PVT) ක්රමය භාවිතා කරයි.
2. PVT ක්රියාවලිය
SiC කුඩු ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයක උත්කෘෂ්ට වේ;
වායුමය සිලිකන් සහ කාබන් සංරචක සංක්රමණය වේ;
SiC ස්ඵටික අවසානයේ බීජ ස්ඵටිකයක මතුපිට සාදයි.
සමස්ත ක්රියාවලියටම පහත සඳහන් දෑ නිවැරදිව පාලනය කිරීම අවශ්ය වේ:
- උෂ්ණත්ව අනුක්රමණ;
- තාප ක්ෂේත්ර ව්යාප්තිය;
- වායුගෝලීය තත්ත්වයන්.
මෙම ක්රියාවලියේදී, ග්රැෆයිට් කබොල තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි, ඒවාට ඇතුළත් වන්නේ:
- SiC අමුද්රව්ය රඳවා තබා ගැනීම;
- තාප හුවමාරුව පහසු කිරීම;
- තාපජ ක්ෂේත්රය ස්ථාවර කිරීම.
3. අනෙකුත් ක්රියාවලි
SiC ස්ඵටික වර්ධනයට අමතරව, මිනිරන් කබොල සහ ඒ ආශ්රිත මිනිරන් සංරචක ද භාවිතා වේ:
- ඒකස්ඵටික සිලිකන් නිෂ්පාදනය;
- ප්රකාශ වෝල්ටීයතා ස්ඵටික වර්ධනය;
- අර්ධ සන්නායක එපිටැක්සි උපකරණ;
- ඉහළ උෂ්ණත්ව CVD ක්රියාවලි.
මෙම යෙදීම් වලදී, මිනිරන් ද්රව්ය උපකරණ වඩාත් ස්ථායී ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයක් පවත්වා ගැනීමට උපකාරී වන අතර එමඟින් නිෂ්පාදනවල ගුණාත්මකභාවය සහ නිෂ්පාදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු වේ.
නිගමනය: ග්රැෆයිට් කබොල ඊළඟ පරම්පරාවේ අධි-උෂ්ණත්ව නිෂ්පාදනය සක්රීය කරයි
සාම්ප්රදායික ලෝහ උණු කිරීමේ සිට දියුණු අර්ධ සන්නායක ස්ඵටික නිෂ්පාදනය දක්වා, මිනිරන් කබොලවල පරිණාමය, ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත ද්රව්ය සඳහා කාර්මික අංශයේ නිරන්තරයෙන් වර්ධනය වන ඉල්ලුම පිළිබිඹු කරයි.
අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තය සඳහා,මිනිරන් කබොලඉහළ උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන සංරචක වලට වඩා වැඩි යමක් වේ; ඒවා නම්:
තාප කලාප ස්ථායිතාව සහතික කරන, ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය වැඩි දියුණු කරන සහ නිෂ්පාදන තාක්ෂණයේ දියුණුවට හේතු වන තීරණාත්මක ඉංජිනේරු ද්රව්ය.
මිනිරන් ද්රව්ය ගුණාංග, ඉහළ උෂ්ණත්ව ක්රියාවලීන් සහ නිරවද්යතා නිෂ්පාදනය පිළිබඳ පුළුල් විශේෂඥතාව උපයෝගී කරගනිමින්, ගෝලීය අර්ධ සන්නායක, නව බලශක්ති සහ ඉහළ මට්ටමේ නිෂ්පාදන අංශ හරහා පාරිභෝගිකයින්ට විශ්වාසදායක, ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත මිනිරන් ද්රව්ය විසඳුම් සැපයීමට VET එනර්ජි කැපවී සිටී.
පළ කිරීමේ කාලය: අගෝස්තු-10-2026