ඒකස්ඵටික සිලිකන් වර්ධන ක්රියාවලිය සම්පූර්ණයෙන්ම තාප ක්ෂේත්රය තුළ සිදු කෙරේ. හොඳ තාප ක්ෂේත්රයක් ස්ඵටිකවල ගුණාත්මකභාවය වැඩි දියුණු කිරීමට හිතකර වන අතර ඉහළ ස්ඵටිකීකරණ කාර්යක්ෂමතාවයක් ඇත. තාප ක්ෂේත්රයේ සැලසුම බොහෝ දුරට ගතික තාප ක්ෂේත්රයේ උෂ්ණත්ව අනුක්රමණයන්හි වෙනස්කම් සහ උදුන කුටියේ වායු ප්රවාහය තීරණය කරයි. තාප ක්ෂේත්රයේ භාවිතා කරන ද්රව්යවල වෙනස තාප ක්ෂේත්රයේ සේවා කාලය සෘජුවම තීරණය කරයි. අසාධාරණ තාප ක්ෂේත්රයක් ගුණාත්මක අවශ්යතා සපුරාලන ස්ඵටික වගා කිරීම දුෂ්කර පමණක් නොව, ඇතැම් ක්රියාවලි අවශ්යතා යටතේ සම්පූර්ණ ඒකස්ඵටික වගා කළ නොහැක. සෘජු-ඇදීමේ ඒකස්ඵටික සිලිකන් කර්මාන්තය තාප ක්ෂේත්ර නිර්මාණය වඩාත්ම මූලික තාක්ෂණය ලෙස සලකන අතර තාප ක්ෂේත්ර පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය සඳහා විශාල මිනිස් බලය සහ ද්රව්යමය සම්පත් ආයෝජනය කරන්නේ එබැවිනි.
තාප පද්ධතිය විවිධ තාප ක්ෂේත්ර ද්රව්ය වලින් සමන්විත වේ. තාප ක්ෂේත්රයේ භාවිතා වන ද්රව්ය අපි කෙටියෙන් හඳුන්වා දෙන්නෙමු. තාප ක්ෂේත්රයේ උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය සහ ස්ඵටික ඇදීමට එහි බලපෑම සම්බන්ධයෙන්, අපි එය මෙහි විශ්ලේෂණය නොකරමු. තාප ක්ෂේත්ර ද්රව්ය යනු අර්ධ සන්නායක දියවීම සහ ස්ඵටික වටා සුදුසු උෂ්ණත්ව ව්යාප්තියක් නිර්මාණය කිරීම සඳහා අත්යවශ්ය වන ස්ඵටික වර්ධනයේ රික්ත උදුන කුටියේ ව්යුහය සහ තාප පරිවාරක කොටසයි.
1. තාප ක්ෂේත්ර ව්යුහ ද්රව්ය
ඒකස්ඵටික සිලිකන් වගා කිරීම සඳහා සෘජු-ඇදීමේ ක්රමය සඳහා මූලික ආධාරක ද්රව්යය වන්නේ අධි-පිරිසිදු මිනිරන් ය. මිනිරන් ද්රව්ය නූතන කර්මාන්තයේ ඉතා වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. ඒවා තාප ක්ෂේත්ර ව්යුහාත්මක සංරචක ලෙස භාවිතා කළ හැකිය, උදාහරණයක් ලෙසහීටර්, මාර්ගෝපදේශ නල, කබොල, චොක්රල්ස්කි ක්රමය මගින් ඒකස්ඵටික සිලිකන් සකස් කිරීමේදී පරිවාරක නල, කබොල තැටි ආදිය.
මිනිරන් ද්රව්යවිශාල පරිමාවකින් සකස් කිරීමට පහසු, සැකසිය හැකි සහ ඉහළ උෂ්ණත්වයන්ට ප්රතිරෝධී වන නිසා ඒවා තෝරා ගනු ලැබේ. දියමන්ති හෝ මිනිරන් ස්වරූපයෙන් කාබන් ඕනෑම මූලද්රව්යයකට හෝ සංයෝගයකට වඩා ඉහළ ද්රවාංකයක් ඇත. ග්රැෆයිට් ද්රව්ය තරමක් ශක්තිමත්, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, සහ ඒවායේ විද්යුත් හා තාප සන්නායකතාවය ද තරමක් හොඳයි. එහි විද්යුත් සන්නායකතාවය එය සුදුසු කරයි a ලෙසහීටරයද්රව්යය. එයට සතුටුදායක තාප සන්නායකතා සංගුණකයක් ඇති අතර, එමඟින් තාපකය මගින් ජනනය වන තාපය කබොල සහ තාප ක්ෂේත්රයේ අනෙකුත් කොටස් වලට ඒකාකාරව බෙදා හැරීමට ඉඩ සලසයි. කෙසේ වෙතත්, ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, විශේෂයෙන් දිගු දුරක් පුරා, ප්රධාන තාප හුවමාරු මාදිලිය විකිරණ වේ.
ග්රැෆයිට් කොටස් මුලින් සෑදී ඇත්තේ බන්ධකයක් සමඟ මිශ්ර කර නිස්සාරණය හෝ සමස්ථානික පීඩනය මගින් සාදන ලද සියුම් කාබනීක අංශු වලින් ය. උසස් තත්ත්වයේ ග්රැෆයිට් කොටස් සාමාන්යයෙන් සමස්ථානිකව තද කරනු ලැබේ. මුළු කැබැල්ලම පළමුව කාබනීකෘත කර පසුව ඉතා ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, 3000°C ට ආසන්නව ග්රැෆයිකෘත කරනු ලැබේ. අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ අවශ්යතා සපුරාලීම සඳහා ලෝහ දූෂණය ඉවත් කිරීම සඳහා මෙම සම්පූර්ණ කැබලිවලින් සැකසූ කොටස් සාමාන්යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්ලෝරීන් අඩංගු වායුගෝලයක පිරිසිදු කරනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, නිසි පිරිසිදු කිරීමෙන් පසුව පවා, ලෝහ දූෂණයේ මට්ටම සිලිකන් ඒක ස්ඵටික ද්රව්ය සඳහා අවසර දී ඇති ප්රමාණයට වඩා විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලවල් කිහිපයකින් වැඩි වේ. එබැවින්, තාප ක්ෂේත්ර සැලසුමේදී මෙම සංරචක දියවීම හෝ ස්ඵටික මතුපිටට ඇතුළු වීම වැළැක්වීම සඳහා සැලකිලිමත් විය යුතුය.
මිනිරන් ද්රව්ය තරමක් පාරගම්ය වන අතර එමඟින් ඇතුළත ඉතිරිව ඇති ලෝහය මතුපිටට ළඟා වීම පහසු කරයි. මීට අමතරව, මිනිරන් මතුපිට වටා ඇති පිරිසිදු කිරීමේ වායුවේ ඇති සිලිකන් මොනොක්සයිඩ් බොහෝ ද්රව්යවලට විනිවිද ගොස් ප්රතික්රියා කළ හැකිය.
මුල් ඒකස්ථිතික සිලිකන් උදුන හීටර් ටංස්ටන් සහ මොලිබ්ඩිනම් වැනි පරාවර්තක ලෝහ වලින් සාදන ලදී. ග්රැෆයිට් සැකසුම් තාක්ෂණයේ වැඩිවන පරිණතභාවයත් සමඟ, ග්රැෆයිට් සංරචක අතර සම්බන්ධතාවයේ විද්යුත් ගුණාංග ස්ථායී වී ඇති අතර, ඒකස්ථිතික සිලිකන් උදුන හීටර් ටංස්ටන්, මොලිබ්ඩිනම් සහ අනෙකුත් ද්රව්ය හීටර් සම්පූර්ණයෙන්ම ප්රතිස්ථාපනය කර ඇත. වර්තමානයේ, බහුලව භාවිතා වන ග්රැෆයිට් ද්රව්යය සමස්ථානික ග්රැෆයිට් වේ. මගේ රටේ සමස්ථානික ග්රැෆයිට් සකස් කිරීමේ තාක්ෂණය සාපේක්ෂව පසුගාමී වන අතර, දේශීය ප්රකාශ වෝල්ටීයතා කර්මාන්තයේ භාවිතා වන ග්රැෆයිට් ද්රව්ය බොහොමයක් විදේශයන්ගෙන් ආනයනය කරනු ලැබේ. විදේශීය සමස්ථානික ග්රැෆයිට් නිෂ්පාදකයින්ට ප්රධාන වශයෙන් ජර්මනියේ SGL, ජපානයේ Tokai Carbon, ජපානයේ Toyo Tanso යනාදිය ඇතුළත් වේ. Czochralski ඒකස්ථිතික සිලිකන් උදුන් වල, C/C සංයුක්ත ද්රව්ය සමහර විට භාවිතා කරන අතර, ඒවා බෝල්ට්, ඇට, කබොල, පැටවුම් තහඩු සහ අනෙකුත් සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීමට භාවිතා කිරීමට පටන් ගෙන ඇත. කාබන්/කාබන් (C/C) සංයුක්ත යනු ඉහළ නිශ්චිත ශක්තිය, ඉහළ නිශ්චිත මාපාංකය, අඩු තාප ප්රසාරණ සංගුණකය, හොඳ විද්යුත් සන්නායකතාවය, ඉහළ අස්ථි බිඳීමේ තද බව, අඩු නිශ්චිත ගුරුත්වාකර්ෂණය, තාප කම්පන ප්රතිරෝධය, විඛාදන ප්රතිරෝධය සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධය වැනි විශිෂ්ට ගුණාංග මාලාවක් සහිත කාබන් තන්තු ශක්තිමත් කරන ලද කාබන් පාදක සංයුක්ත වේ. වර්තමානයේ, ඒවා අභ්යවකාශ, ධාවන තරඟ, ජෛව ද්රව්ය සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්රවල නව ඉහළ-උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධී ව්යුහාත්මක ද්රව්ය ලෙස බහුලව භාවිතා වේ. වර්තමානයේ, ගෘහස්ථ C/C සංයුක්ත මගින් මුහුණ දෙන ප්රධාන බාධක තවමත් පිරිවැය සහ කාර්මිකකරණ ගැටළු වේ.
තාප ක්ෂේත්ර සෑදීම සඳහා භාවිතා කරන තවත් බොහෝ ද්රව්ය තිබේ. කාබන් තන්තු ශක්තිමත් කරන ලද මිනිරන් වඩා හොඳ යාන්ත්රික ගුණ ඇත; නමුත් එය වඩා මිල අධික වන අතර නිර්මාණය සඳහා වෙනත් අවශ්යතා ඇත.සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC)බොහෝ අංශවලින් ග්රැෆයිට් වලට වඩා හොඳ ද්රව්යයකි, නමුත් එය බොහෝ මිල අධික වන අතර විශාල පරිමාණ කොටස් සකස් කිරීම දුෂ්කර ය. කෙසේ වෙතත්, SiC බොහෝ විට භාවිතා කරනුයේCVD ආලේපනයවිඛාදන සිලිකන් මොනොක්සයිඩ් වායුවට නිරාවරණය වන මිනිරන් කොටස්වල ආයු කාලය වැඩි කිරීමට සහ මිනිරන් වලින් දූෂණය වීම අඩු කිරීමට ද හැකිය. ඝන CVD සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපනය ක්ෂුද්ර සිදුරු සහිත මිනිරන් ද්රව්ය තුළ ඇති අපවිත්ර ද්රව්ය මතුපිටට පැමිණීම ඵලදායී ලෙස වළක්වයි.
තවත් එකක් වන්නේ CVD කාබන් වන අතර එය ග්රැෆයිට් කොටසට ඉහළින් ඝන තට්ටුවක් ද සෑදිය හැකිය. මොලිබ්ඩිනම් හෝ පරිසරය සමඟ සහජීවනයෙන් පැවතිය හැකි සෙරමික් ද්රව්ය වැනි අනෙකුත් ඉහළ උෂ්ණත්වයට ඔරොත්තු දෙන ද්රව්ය, දියවීම දූෂණය කිරීමේ අවදානමක් නොමැති තැන භාවිතා කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, ඔක්සයිඩ් සෙරමික් සාමාන්යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ග්රැෆයිට් ද්රව්ය සඳහා ඒවායේ යෙදීමේ හැකියාව සීමිත වන අතර පරිවරණය අවශ්ය නම් වෙනත් විකල්ප කිහිපයක් තිබේ. එකක් ෂඩාස්රාකාර බෝරෝන් නයිට්රයිඩ් (සමහර විට සමාන ගුණාංග නිසා සුදු ග්රැෆයිට් ලෙස හැඳින්වේ), නමුත් යාන්ත්රික ගුණාංග දුර්වලයි. මොලිබ්ඩිනම් සාමාන්යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව තත්වයන් සඳහා සාධාරණ ලෙස භාවිතා කරනුයේ එහි මධ්යස්ථ පිරිවැය, සිලිකන් ස්ඵටිකවල අඩු විසරණ අනුපාතය සහ 5×108 පමණ ඉතා අඩු වෙන් කිරීමේ සංගුණකය නිසා වන අතර එමඟින් ස්ඵටික ව්යුහය විනාශ කිරීමට පෙර යම් ප්රමාණයක මොලිබ්ඩිනම් දූෂණයට ඉඩ සලසයි.
2. තාප පරිවාරක ද්රව්ය
බහුලව භාවිතා වන පරිවාරක ද්රව්යය වන්නේ විවිධ ආකාරවලින් යුත් කාබන් ෆීල්ට් ය. කාබන් ෆීල්ට් තුනී තන්තු වලින් සාදා ඇති අතර, ඒවා කෙටි දුරක් තුළ තාප විකිරණ කිහිප වතාවක් අවහිර කරන බැවින් පරිවරණයක් ලෙස ක්රියා කරයි. මෘදු කාබන් ෆීල්ට් සාපේක්ෂව තුනී ද්රව්ය තහඩු වලට වියන ලද අතර, ඒවා අපේක්ෂිත හැඩයට කපා සාධාරණ අරයකට තදින් නැමෙනු ඇත. සුව කළ ෆීල්ට් සමාන තන්තු ද්රව්ය වලින් සමන්විත වන අතර, විසුරුවා හරින ලද තන්තු වඩාත් ඝන සහ හැඩැති වස්තුවකට සම්බන්ධ කිරීම සඳහා කාබන් අඩංගු බන්ධකයක් භාවිතා කරයි. බන්ධකයක් වෙනුවට කාබන් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම භාවිතා කිරීමෙන් ද්රව්යයේ යාන්ත්රික ගුණාංග වැඩිදියුණු කළ හැකිය.
සාමාන්යයෙන්, තාප පරිවාරක සුව කිරීමේ හැඟීමෙහි පිටත පෘෂ්ඨය අඛණ්ඩ ග්රැෆයිට් ආලේපනයකින් හෝ තීරු වලින් ආලේප කර ඇති අතර එය ඛාදනය සහ ගෙවී යාම මෙන්ම අංශු දූෂණය අඩු කරයි. කාබන් පෙන වැනි අනෙකුත් කාබන් මත පදනම් වූ තාප පරිවාරක ද්රව්ය ද පවතී. සාමාන්යයෙන්, ග්රැෆයිටීකරණය තන්තු වල මතුපිට ප්රමාණය බෙහෙවින් අඩු කරන බැවින්, ග්රැෆයිටීකරණය කරන ලද ද්රව්ය පැහැදිලිවම වඩාත් කැමති වේ. මෙම ඉහළ පෘෂ්ඨීය ප්රදේශයේ ද්රව්යවල වායු පිටවීම බෙහෙවින් අඩු වන අතර, උදුන සුදුසු රික්තයකට පොම්ප කිරීමට අඩු කාලයක් ගතවේ. තවත් එකක් වන්නේ සැහැල්ලු බර, ඉහළ හානි ඉවසීම සහ ඉහළ ශක්තිය වැනි කැපී පෙනෙන ලක්ෂණ ඇති C/C සංයුක්ත ද්රව්යයයි. ග්රැෆයිට් කොටස් ප්රතිස්ථාපනය කිරීම සඳහා තාප ක්ෂේත්රවල භාවිතා කිරීම ග්රැෆයිට් කොටස් ප්රතිස්ථාපනය කිරීමේ වාර ගණන සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරයි, ඒක ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය සහ නිෂ්පාදන ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු කරයි.
අමුද්රව්ය වර්ගීකරණයට අනුව, කාබන් ෆීල්ට් පොලිඇක්රිලෝනිට්රයිල් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට්, විස්කෝස් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් සහ තාර මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් ලෙස බෙදිය හැකිය.
පොලිඇක්රිලෝනිට්රයිල් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් වල විශාල අළු අන්තර්ගතයක් ඇත. ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතිකාරයකින් පසු, තනි තන්තු බිඳෙනසුලු වේ. ක්රියාත්මක වන විට, උදුන පරිසරය දූෂණය කිරීම සඳහා දූවිලි ජනනය කිරීම පහසුය. ඒ සමඟම, තන්තු පහසුවෙන් මිනිස් සිරුරේ සිදුරු සහ ශ්වසන මාර්ගයට ඇතුළු විය හැකි අතර එය මිනිස් සෞඛ්යයට හානිකර වේ. විස්කෝස් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් හොඳ තාප පරිවාරක කාර්ය සාධනයක් ඇත. තාප පිරියම් කිරීමෙන් පසු එය සාපේක්ෂව මෘදු වන අතර දූවිලි ජනනය කිරීම පහසු නොවේ. කෙසේ වෙතත්, විස්කෝස් මත පදනම් වූ අමු තන්තු වල හරස්කඩ අක්රමවත් වන අතර, තන්තු මතුපිට බොහෝ කට්ට ඇත. CZ සිලිකන් උදුනේ ඔක්සිකාරක වායුගෝලය යටතේ C02 වැනි වායූන් ජනනය කිරීම පහසු වන අතර එමඟින් ඒක ස්ඵටික සිලිකන් ද්රව්යයේ ඔක්සිජන් සහ කාබන් මූලද්රව්ය වර්ෂාපතනය වේ. ප්රධාන නිෂ්පාදකයින් අතර ජර්මානු SGL සහ අනෙකුත් සමාගම් ඇතුළත් වේ. වර්තමානයේ, අර්ධ සන්නායක මොනොස්ඵටික කර්මාන්තයේ බහුලව භාවිතා වන්නේ තණතීරු මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් වන අතර එය විස්කෝස් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් වලට වඩා නරක තාප පරිවාරක කාර්ය සාධනයක් ඇත, නමුත් තණතීරු මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් වලට ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් සහ අඩු දූවිලි විමෝචනයක් ඇත. නිෂ්පාදකයින් අතර ජපානයේ කුරේහා කෙමිකල් සහ ඔසාකා ගෑස් ඇතුළත් වේ.
කාබන් ෆීල්ට් වල හැඩය ස්ථාවර නොවන නිසා, එය ක්රියාත්මක කිරීමට අපහසු වේ. දැන් බොහෝ සමාගම් කාබන් ෆීල්ට්-සුව කළ කාබන් ෆීල්ට් මත පදනම් වූ නව තාප පරිවාරක ද්රව්යයක් නිපදවා ඇත. සුව කළ කාබන් ෆීල්ට්, දෘඪ ෆීල්ට් ලෙසද හැඳින්වේ, මෘදු ෆීල්ට් දුම්මල සමඟ කාවද්දන ලද, ලැමිෙන්ටඩ්, සුව කළ සහ කාබනීකරණය කළ පසු යම් හැඩයක් සහ ස්වයංපෝෂිත ගුණයක් සහිත කාබන් ෆීල්ට් වේ.
ඒකස්ඵටික සිලිකන් වල වර්ධන ගුණාත්මක භාවය තාප පරිසරය මගින් සෘජුවම බලපාන අතර, කාබන් ෆයිබර් තාප පරිවාරක ද්රව්ය මෙම පරිසරය තුළ ප්රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. කාබන් ෆයිබර් තාප පරිවාරක මෘදු ෆීල්ට් එහි පිරිවැය වාසිය, විශිෂ්ට තාප පරිවාරක බලපෑම, නම්යශීලී නිර්මාණය සහ අභිරුචිකරණය කළ හැකි හැඩය හේතුවෙන් ප්රකාශ වෝල්ටීයතා අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ තවමත් සැලකිය යුතු වාසියක් ඇත. ඊට අමතරව, කාබන් ෆයිබර් දෘඩ තාප පරිවාරක ෆීල්ට් එහි නිශ්චිත ශක්තිය සහ ඉහළ ක්රියාකාරීත්වය හේතුවෙන් තාප ක්ෂේත්ර ද්රව්ය වෙළඳපොලේ වැඩි සංවර්ධන ඉඩක් ඇත. තාප පරිවාරක ද්රව්ය ක්ෂේත්රයේ පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය සඳහා අපි කැපවී සිටින අතර, ප්රකාශ වෝල්ටීයතා අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ සමෘද්ධිය සහ සංවර්ධනය ප්රවර්ධනය කිරීම සඳහා නිෂ්පාදන කාර්ය සාධනය අඛණ්ඩව ප්රශස්ත කරමු.
පළ කිරීමේ කාලය: 2024 ජූනි-12