Procesi i rritjes së silicit monokristalin kryhet plotësisht në fushën termike. Një fushë e mirë termike është e favorshme për përmirësimin e cilësisë së kristaleve dhe ka një efikasitet më të lartë kristalizimi. Projektimi i fushës termike përcakton kryesisht ndryshimet në gradientët e temperaturës në fushën termike dinamike dhe rrjedhën e gazit në dhomën e furrës. Dallimi në materialet e përdorura në fushën termike përcakton drejtpërdrejt jetëgjatësinë e shërbimit të fushës termike. Një fushë termike e paarsyeshme jo vetëm që është e vështirë të rriten kristale që plotësojnë kërkesat e cilësisë, por gjithashtu nuk mund të rritet monokristalin i plotë sipas kërkesave të caktuara të procesit. Kjo është arsyeja pse industria e silicit monokristalin me tërheqje të drejtpërdrejtë e konsideron projektimin e fushës termike si teknologjinë më thelbësore dhe investon burime të mëdha njerëzore dhe materiale në kërkimin dhe zhvillimin e fushës termike.
Sistemi termik përbëhet nga materiale të ndryshme të fushës termike. Ne vetëm do të prezantojmë shkurtimisht materialet e përdorura në fushën termike. Sa i përket shpërndarjes së temperaturës në fushën termike dhe ndikimit të saj në tërheqjen e kristalit, nuk do ta analizojmë këtu. Materiali i fushës termike i referohet strukturës dhe pjesës së izolimit termik në dhomën e furrës me vakum të rritjes së kristalit, e cila është thelbësore për krijimin e një shpërndarjeje të përshtatshme të temperaturës rreth shkrirjes gjysmëpërçuese dhe kristalit.
1. Materiali i strukturës së fushës termike
Materiali bazë mbështetës për metodën e tërheqjes direkte për të rritur silicin monokristalin është grafiti me pastërti të lartë. Materialet e grafitit luajnë një rol shumë të rëndësishëm në industrinë moderne. Ato mund të përdoren si përbërës strukturorë të fushës së nxehtësisë, siç janëngrohës, tuba udhëzues, enët e ngurta, tuba izolues, tabaka për shkrirje, etj. në përgatitjen e silicit monokristalin me metodën Czochralski.
Materiale grafitizgjidhen sepse janë të lehta për t'u përgatitur në vëllime të mëdha, mund të përpunohen dhe janë rezistente ndaj temperaturave të larta. Karboni në formën e diamantit ose grafitit ka një pikë shkrirjeje më të lartë se çdo element ose përbërës. Materialet e grafitit janë mjaft të forta, veçanërisht në temperatura të larta, dhe përçueshmëria e tyre elektrike dhe termike është gjithashtu mjaft e mirë. Përçueshmëria e tij elektrike e bën atë të përshtatshëm si njëngrohësmaterial. Ka një koeficient të kënaqshëm të përçueshmërisë termike, i cili lejon që nxehtësia e gjeneruar nga ngrohësi të shpërndahet në mënyrë të barabartë në furrën e shkrirjes dhe në pjesë të tjera të fushës së nxehtësisë. Megjithatë, në temperatura të larta, veçanërisht në distanca të gjata, mënyra kryesore e transferimit të nxehtësisë është rrezatimi.
Pjesët e grafitit fillimisht bëhen nga grimca të imëta karbonike të përziera me një lidhës dhe formohen me anë të ekstrudimit ose presimit izostatik. Pjesët e grafitit me cilësi të lartë zakonisht presohen në mënyrë izostatike. E gjithë pjesa së pari karbonizohet dhe më pas grafitohet në temperatura shumë të larta, afër 3000°C. Pjesët e përpunuara nga këto pjesë të plota zakonisht pastrohen në një atmosferë që përmban klor në temperatura të larta për të hequr ndotjen e metalit për të përmbushur kërkesat e industrisë gjysmëpërçuese. Megjithatë, edhe pas pastrimit të duhur, niveli i ndotjes së metalit është disa herë më i lartë se ai i lejuar për materialet monokristaline të silikonit. Prandaj, duhet të tregohet kujdes në projektimin e fushës termike për të parandaluar hyrjen e ndotjes së këtyre përbërësve në sipërfaqen e shkrirjes ose kristalit.
Materialet e grafitit janë pak të përshkueshme, gjë që e bën të lehtë që metali i mbetur brenda të arrijë sipërfaqen. Përveç kësaj, monoksidi i silikonit i pranishëm në gazin e pastrimit rreth sipërfaqes së grafitit mund të depërtojë në shumicën e materialeve dhe të reagojë.
Ngrohësit e hershëm të furrave me silikon monokristalin ishin bërë nga metale zjarrduruese si tungsteni dhe molibdeni. Me rritjen e pjekurisë së teknologjisë së përpunimit të grafitit, vetitë elektrike të lidhjes midis përbërësve të grafitit janë bërë të qëndrueshme, dhe ngrohësit e furrave me silikon monokristalin kanë zëvendësuar plotësisht ngrohësit e tungstenit, molibdenit dhe materialeve të tjera. Aktualisht, materiali më i përdorur i grafitit është grafiti izostatik. Teknologjia e përgatitjes së grafitit izostatik në vendin tim është relativisht e prapambetur, dhe shumica e materialeve të grafitit të përdorura në industrinë fotovoltaike vendase importohen nga jashtë. Prodhuesit e huaj të grafitit izostatik përfshijnë kryesisht SGL të Gjermanisë, Tokai Carbon të Japonisë, Toyo Tanso të Japonisë, etj. Në furrat me silikon monokristalin Czochralski, ndonjëherë përdoren materiale të përbëra C/C, dhe ato kanë filluar të përdoren për të prodhuar bulona, arra, kllapa, pllaka ngarkese dhe përbërës të tjerë. Kompozitet karbon/karbon (C/C) janë kompozite me bazë karboni të përforcuara me fibra karboni me një sërë vetish të shkëlqyera, të tilla si fortësi e lartë specifike, modul specifik i lartë, koeficient i ulët i zgjerimit termik, përçueshmëri e mirë elektrike, rezistencë e lartë ndaj thyerjes, gravitet specifik i ulët, rezistencë ndaj goditjeve termike, rezistencë ndaj korrozionit dhe rezistencë ndaj temperaturave të larta. Aktualisht, ato përdoren gjerësisht në hapësirën ajrore, garat, biomaterialet dhe fusha të tjera si materiale të reja strukturore rezistente ndaj temperaturave të larta. Aktualisht, pengesat kryesore që hasin kompozitet vendase C/C janë ende çështjet e kostos dhe të industrializimit.
Ka shumë materiale të tjera që përdoren për të bërë fusha termike. Grafiti i përforcuar me fibra karboni ka veti mekanike më të mira; por është më i shtrenjtë dhe ka kërkesa të tjera për projektim.Karbid silikoni (SiC)është një material më i mirë se grafiti në shumë aspekte, por është shumë më i shtrenjtë dhe i vështirë për t'u përgatitur pjesë me vëllim të madh. Megjithatë, SiC përdoret shpesh si njëVeshje CVDpër të rritur jetëgjatësinë e pjesëve të grafitit të ekspozuara ndaj gazit gërryes të monoksidit të silikonit, dhe gjithashtu mund të zvogëlojë ndotjen nga grafiti. Veshja e dendur e karbidit të silikonit CVD parandalon në mënyrë efektive ndotësit brenda materialit mikroporoz të grafitit që të arrijnë në sipërfaqe.
Një tjetër është karboni CVD, i cili gjithashtu mund të formojë një shtresë të dendur mbi pjesën e grafitit. Materiale të tjera rezistente ndaj temperaturave të larta, të tilla si molibdeni ose materialet qeramike që mund të bashkëjetojnë me mjedisin, mund të përdoren aty ku nuk ka rrezik të ndotjes së shkrirjes. Megjithatë, qeramika e oksidit është përgjithësisht e kufizuar në zbatueshmërinë e saj në materialet e grafitit në temperatura të larta dhe ka pak mundësi të tjera nëse kërkohet izolim. Njëra është nitridi gjashtëkëndor i borit (ndonjëherë i quajtur grafit i bardhë për shkak të vetive të ngjashme), por vetitë mekanike janë të dobëta. Molibdeni përdoret përgjithësisht në mënyrë të arsyeshme për situata me temperaturë të lartë për shkak të kostos së tij të moderuar, shkallës së ulët të difuzionit në kristalet e silikonit dhe një koeficienti shumë të ulët të ndarjes prej rreth 5×108, i cili lejon një sasi të caktuar të ndotjes së molibdenit para se të shkatërrojë strukturën kristalore.
2. Materiale izoluese termike
Materiali izolues më i përdorur është felti prej karboni në forma të ndryshme. Feti prej karboni është bërë nga fibra të holla, të cilat veprojnë si izolues sepse bllokojnë rrezatimin termik shumë herë në një distancë të shkurtër. Feti prej karboni i butë është i endur në fletë relativisht të holla materiali, të cilat më pas priten në formën e dëshiruar dhe përkulen fort në një rreze të arsyeshme. Fetitë e thara përbëhen nga materiale të ngjashme me fibra, dhe një lidhës që përmban karbon përdoret për të lidhur fibrat e shpërndara në një objekt më të fortë dhe me formë më të mirë. Përdorimi i depozitimit kimik të avullit të karbonit në vend të një lidhësi mund të përmirësojë vetitë mekanike të materialit.
Zakonisht, sipërfaqja e jashtme e materialit të ngurtësimit termik të izolimit është e veshur me një shtresë ose fletë metalike të vazhdueshme grafiti për të zvogëluar erozionin dhe konsumimin, si dhe ndotjen nga grimcat. Ekzistojnë edhe lloje të tjera të materialeve të izolimit termik me bazë karboni, siç është shkuma e karbonit. Në përgjithësi, materialet e grafituara preferohen padyshim sepse grafitimi e zvogëlon shumë sipërfaqen e fibrës. Nxjerrja e gazrave nga këto materiale me sipërfaqe të lartë zvogëlohet shumë dhe duhet më pak kohë për të pompuar furrën në një vakum të përshtatshëm. Një tjetër është materiali kompozit C/C, i cili ka karakteristika të shkëlqyera si pesha e lehtë, toleranca e lartë ndaj dëmtimeve dhe forca e lartë. I përdorur në fushat termike për të zëvendësuar pjesët e grafitit zvogëlon ndjeshëm frekuencën e zëvendësimit të pjesëve të grafitit, përmirëson cilësinë monokristaline dhe stabilitetin e prodhimit.
Sipas klasifikimit të lëndës së parë, ndjeri i karbonit mund të ndahet në ndjeri karboni me bazë poliakrilonitrili, ndjeri karboni me bazë viskoze dhe ndjeri karboni me bazë katran.
Ndjesia e karbonit me bazë poliakrilonitrili ka një përmbajtje të lartë hiri. Pas trajtimit në temperaturë të lartë, fibra e vetme bëhet e brishtë. Gjatë funksionimit, është e lehtë të gjenerohet pluhur për të ndotur mjedisin e furrës. Në të njëjtën kohë, fibra mund të hyjë lehtësisht në poret dhe traktin respirator të trupit të njeriut, gjë që është e dëmshme për shëndetin e njeriut. Ndjesia e karbonit me bazë viskoze ka performancë të mirë izolimi termik. Është relativisht e butë pas trajtimit termik dhe nuk është e lehtë të gjenerohet pluhur. Megjithatë, prerja tërthore e fibrës së papërpunuar me bazë viskoze është e parregullt dhe ka shumë brazda në sipërfaqen e fibrës. Është e lehtë të gjenerohen gazra të tillë si CO2 nën atmosferën oksiduese të furrës së silikonit CZ, duke shkaktuar reshjet e oksigjenit dhe elementëve të karbonit në materialin e silikonit monokristalin. Prodhuesit kryesorë përfshijnë SGL gjermane dhe kompani të tjera. Aktualisht, më i përdoruri gjerësisht në industrinë monokristalin gjysmëpërçues është ndjesia e karbonit me bazë katrani, e cila ka performancë më të keqe të izolimit termik sesa ndjesia e karbonit me bazë viskoze, por ndjesia e karbonit me bazë katrani ka një pastërti më të lartë dhe një emetim më të ulët pluhuri. Prodhuesit përfshijnë Kureha Chemical të Japonisë dhe Osaka Gas.
Meqenëse forma e feltit të karbonit nuk është fikse, është e papërshtatshme për t'u përdorur. Tani shumë kompani kanë zhvilluar një material të ri izolues termik të bazuar në feltin e karbonit të kuruar me felt karboni. Feti i karbonit i kuruar, i quajtur edhe felt i fortë, është një felt karboni me një formë të caktuar dhe veti vetëmbështetëse pasi felti i butë impregnohet me rrëshirë, laminohet, kurohet dhe karbonizohet.
Cilësia e rritjes së silicit monokristalin ndikohet drejtpërdrejt nga mjedisi termik, dhe materialet izoluese termike me fibra karboni luajnë një rol kyç në këtë mjedis. Ndjesia e butë e izolimit termik me fibra karboni ende ka një avantazh të rëndësishëm në industrinë e gjysmëpërçuesve fotovoltaikë për shkak të avantazhit të saj në kosto, efektit të shkëlqyer të izolimit termik, dizajnit fleksibël dhe formës së personalizueshme. Përveç kësaj, ndjesia e fortë e izolimit termik me fibra karboni do të ketë hapësirë më të madhe zhvillimi në tregun e materialeve të fushës termike për shkak të forcës së saj të caktuar dhe funksionueshmërisë më të lartë. Ne jemi të përkushtuar ndaj kërkimit dhe zhvillimit në fushën e materialeve izoluese termike dhe optimizojmë vazhdimisht performancën e produktit për të promovuar prosperitetin dhe zhvillimin e industrisë së gjysmëpërçuesve fotovoltaikë.
Koha e postimit: 12 qershor 2024