Prosés kamekaran silikon monokristalin dilaksanakeun sacara lengkep dina widang termal. Médan termal anu saé kondusif pikeun ningkatkeun kualitas kristal sareng gaduh efisiensi kristalisasi anu langkung luhur. Desain widang termal sacara ageung nangtukeun parobahan gradien suhu dina widang termal dinamis sareng aliran gas dina ruang tungku. Bédana bahan anu dianggo dina widang termal sacara langsung nangtukeun umur jasa widang termal. Médan termal anu teu masuk akal henteu ngan ukur hésé pikeun melak kristal anu nyumponan sarat kualitas, tapi ogé henteu tiasa melak monokristalin lengkep dina sarat prosés anu tangtu. Ieu sababna industri silikon monokristalin tarik langsung nganggap desain widang termal salaku téknologi anu paling inti sareng investasi tanaga kerja sareng sumber daya bahan anu ageung dina panalungtikan sareng pamekaran widang termal.
Sistem termal diwangun ku rupa-rupa bahan medan termal. Urang ngan ukur ngenalkeun sacara singget bahan anu dianggo dina medan termal. Sedengkeun pikeun distribusi suhu dina medan termal sareng dampakna kana tarikan kristal, urang moal nganalisisna di dieu. Bahan medan termal nujul kana struktur sareng bagian insulasi termal dina ruang tungku vakum tina kamekaran kristal, anu penting pikeun nyiptakeun distribusi suhu anu pas di sakitar lebur semikonduktor sareng kristal.
1. Bahan struktur médan termal
Bahan pendukung dasar pikeun metode tarikan langsung pikeun melak silikon monokristalin nyaéta grafit anu kualitasna luhur. Bahan grafit maénkeun peran anu penting pisan dina industri modéren. Éta tiasa dianggo salaku komponén struktural médan panas sapertospemanas, tabung pituduh, wadah lebur, tabung insulasi, baki wadah, jsb. dina persiapan silikon monokristalin ku metode Czochralski.
Bahan grafitdipilih kusabab gampang disiapkeun dina volume anu ageung, tiasa diolah sareng tahan kana suhu anu luhur. Karbon dina bentuk inten atanapi grafit gaduh titik lebur anu langkung luhur tibatan unsur atanapi sanyawa naon waé. Bahan grafit cukup kuat, khususna dina suhu anu luhur, sareng konduktivitas listrik sareng termalna ogé cukup saé. Konduktivitas listrikna ngajantenkeun cocog salakupemanasbahanna. Éta ngagaduhan koefisien konduktivitas termal anu nyugemakeun, anu ngamungkinkeun panas anu dihasilkeun ku pemanas disebarkeun sacara rata ka wadah sareng bagian sanés tina médan panas. Nanging, dina suhu anu luhur, khususna dina jarak anu jauh, modeu transfer panas utama nyaéta radiasi.
Bagian grafit mimitina didamel tina partikel karbon anu lemes dicampur sareng pangiket sareng dibentuk ku cara ékstrusi atanapi dipencet isostatik. Bagian grafit anu kualitasna luhur biasana dipencet sacara isostatik. Sakabéh potongan mimitina dikarbonisasi teras digrafitisasi dina suhu anu luhur pisan, caket kana 3000°C. Bagian anu diolah tina sakabéh potongan ieu biasana dimurnikeun dina atmosfir anu ngandung klorin dina suhu anu luhur pikeun miceun kontaminasi logam pikeun minuhan sarat industri semikonduktor. Nanging, bahkan saatos dimurnikeun kalayan leres, tingkat kontaminasi logam sababaraha kali langkung luhur tibatan anu diidinan pikeun bahan silikon monokristalin. Ku alatan éta, kedah ati-ati dina desain medan termal pikeun nyegah kontaminasi komponén ieu asup kana permukaan lebur atanapi kristal.
Bahan grafit rada permeabel, anu ngagampangkeun sésa logam di jero pikeun ngahontal permukaan. Salian ti éta, silikon monoksida anu aya dina gas purge di sabudeureun permukaan grafit tiasa nembus kana kaseueuran bahan sareng réaksi.
Pemanas tungku silikon monokristalin awal didamel tina logam refraktori sapertos tungsten sareng molibdenum. Kalayan ningkatna kematangan téknologi pamrosésan grafit, sipat listrik tina sambungan antara komponén grafit janten stabil, sareng pemanas tungku silikon monokristalin parantos ngagentos tungsten, molibdenum sareng pemanas bahan sanésna sacara lengkep. Ayeuna, bahan grafit anu paling seueur dianggo nyaéta grafit isostatik. Téhnologi persiapan grafit isostatik nagara kuring relatif katinggaleun, sareng kaseueuran bahan grafit anu dianggo dina industri fotovoltaik domestik diimpor ti luar negeri. Pabrikan grafit isostatik asing utamina kalebet SGL Jerman, Tokai Carbon Jepang, Toyo Tanso Jepang, jsb. Dina tungku silikon monokristalin Czochralski, bahan komposit C/C kadang dianggo, sareng éta parantos mimiti dianggo pikeun ngadamel baut, mur, wadah, pelat beban sareng komponén sanésna. Komposit karbon/karbon (C/C) nyaéta komposit basis karbon anu diperkuat serat karbon kalayan sarangkaian sipat anu saé sapertos kakuatan spésifik anu luhur, modulus spésifik anu luhur, koéfisién ékspansi termal anu handap, konduktivitas listrik anu saé, kateguhan retakan anu luhur, gravitasi spésifik anu handap, résistansi kejut termal, résistansi korosi, sareng résistansi suhu anu luhur. Ayeuna, éta seueur dianggo dina aerospace, balap, biomaterial sareng widang sanésna salaku bahan struktural anu tahan suhu luhur. Ayeuna, hambatan utama anu disanghareupan ku komposit C/C domestik masih masalah biaya sareng industrialisasi.
Aya seueur bahan sanés anu dianggo pikeun ngadamel medan termal. Grafit anu diperkuat serat karbon ngagaduhan sipat mékanis anu langkung saé; tapi langkung mahal sareng ngagaduhan sarat desain anu sanés.Silikon karbida (SiC)mangrupa bahan anu langkung saé tibatan grafit dina seueur aspék, tapi langkung mahal sareng sesah nyiapkeun bagian anu volumena ageung. Nanging, SiC sering dianggo salakuPalapis CVDpikeun manjangkeun umur bagian grafit anu kakeunaan gas silikon monoksida anu korosif, sareng ogé tiasa ngirangan kontaminasi tina grafit. Lapisan silikon karbida CVD anu padet sacara efektif nyegah kontaminan di jero bahan grafit mikropori ngahontal permukaan.
Anu sanésna nyaéta karbon CVD, anu ogé tiasa ngabentuk lapisan padet di luhur bagian grafit. Bahan tahan suhu luhur anu sanés, sapertos molibdenum atanapi bahan keramik anu tiasa hirup babarengan sareng lingkungan, tiasa dianggo dimana teu aya résiko ngotoran lebur. Nanging, keramik oksida umumna diwatesan dina aplikasi na kana bahan grafit dina suhu luhur, sareng aya sababaraha pilihan sanés upami insulasi diperyogikeun. Anu kahiji nyaéta boron nitrida heksagonal (kadang disebut grafit bodas kusabab sipat anu sami), tapi sipat mékanisna goréng. Molibdenum umumna dianggo sacara wajar pikeun kaayaan suhu luhur kusabab biaya anu sedeng, laju difusi anu handap dina kristal silikon, sareng koefisien segregasi anu handap pisan sakitar 5 × 108, anu ngamungkinkeun jumlah kontaminasi molibdenum anu tangtu sateuacan ngancurkeun struktur kristal.
2. Bahan insulasi termal
Bahan insulasi anu paling umum dianggo nyaéta felt karbon dina rupa-rupa bentuk. Felt karbon didamel tina serat ipis, anu bertindak salaku insulasi sabab ngahalangan radiasi termal sababaraha kali dina jarak anu pondok. Felt karbon anu lemes dianyam kana lambaran bahan anu relatif ipis, anu teras dipotong kana bentuk anu dipikahoyong sareng dibengkokkeun pageuh kana radius anu wajar. Felt anu diawetkeun diwangun ku bahan serat anu sami, sareng pangiket anu ngandung karbon dianggo pikeun nyambungkeun serat anu sumebar kana objék anu langkung padet sareng bentukna. Panggunaan déposisi uap kimia karbon tinimbang pangiket tiasa ningkatkeun sipat mékanis bahan.
Biasana, beungeut luar tina insulasi termal anu diubaran dilapis ku lapisan grafit kontinyu atanapi foil pikeun ngirangan erosi sareng karusakan ogé kontaminasi partikulat. Jenis bahan insulasi termal berbasis karbon anu sanés ogé aya, sapertos busa karbon. Sacara umum, bahan grafit langkung dipikaresep sabab grafitisasi ngirangan pisan luas permukaan serat. Gas anu kaluar tina bahan permukaan anu luhur ieu dikirangan pisan, sareng peryogi waktos anu langkung sakedik pikeun ngompa tungku ka vakum anu cocog. Anu sanésna nyaéta bahan komposit C/C, anu gaduh ciri anu luar biasa sapertos hampang, toleransi karusakan anu luhur sareng kakuatan anu luhur. Dianggo dina widang termal pikeun ngagentos bagian grafit sacara signifikan ngirangan frékuénsi panggantian bagian grafit, ningkatkeun kualitas monokristalin sareng stabilitas produksi.
Numutkeun klasifikasi bahan baku, karpét karbon tiasa dibagi kana karpét karbon dumasar poliakrilonitril, karpét karbon dumasar viskosa, sareng karpét karbon dumasar pitch.
Karbon basis poliakrilonitril mibanda kandungan lebu anu luhur. Saatos dirawat dina suhu anu luhur, serat tunggal janten rapuh. Salila operasi, gampang ngahasilkeun lebu pikeun ngotoran lingkungan tungku. Dina waktos anu sami, serat tiasa gampang lebet kana pori-pori sareng saluran pernapasan awak manusa, anu ngabahayakeun kaséhatan manusa. Karbon basis viskosa mibanda kinerja insulasi termal anu saé. Éta relatif lemes saatos dirawat panas sareng henteu gampang ngahasilkeun lebu. Nanging, penampang serat atah basis viskosa henteu teratur, sareng aya seueur alur dina permukaan serat. Gampang ngahasilkeun gas sapertos C02 dina atmosfir oksidasi tungku silikon CZ, nyababkeun présipitasi oksigén sareng unsur karbon dina bahan silikon monokristalin. Pabrikan utama kalebet SGL Jerman sareng perusahaan sanésna. Ayeuna, anu paling seueur dianggo dina industri semikonduktor monokristalin nyaéta karbon basis pitch, anu gaduh kinerja insulasi termal anu langkung goréng tibatan karbon basis viskosa, tapi karbon basis pitch gaduh kamurnian anu langkung luhur sareng émisi lebu anu langkung handap. Pabrikan kalebet Kureha Chemical sareng Osaka Gas Jepang.
Kusabab bentuk karpét karbon henteu tetep, éta hésé dioperasikeun. Ayeuna seueur perusahaan anu parantos ngembangkeun bahan insulasi termal énggal dumasar kana karpét karbon anu diawetkeun. Karpét karbon anu diawetkeun, ogé disebut karpét teuas, nyaéta karpét karbon kalayan bentuk anu tangtu sareng sipat anu mandiri saatos karpét lemes diresapi ku résin, dilaminasi, diawetkeun sareng dikarbonisasi.
Kualitas kamekaran silikon monokristalin langsung kapangaruhan ku lingkungan termal, sareng bahan insulasi termal serat karbon maénkeun peran konci dina lingkungan ieu. Insulasi termal serat karbon anu lemes masih gaduh kaunggulan anu signifikan dina industri semikonduktor fotovoltaik kusabab kaunggulan biaya, pangaruh insulasi termal anu saé, desain anu fleksibel sareng bentuk anu tiasa disaluyukeun. Salaku tambahan, insulasi termal keras serat karbon bakal gaduh rohangan pamekaran anu langkung ageung di pasar bahan widang termal kusabab kakuatan anu tangtu sareng operabilitas anu langkung luhur. Kami komitmen kana panalungtikan sareng pamekaran dina widang bahan insulasi termal, sareng terus-terusan ngaoptimalkeun kinerja produk pikeun ngamajukeun kamakmuran sareng pamekaran industri semikonduktor fotovoltaik.
Waktos posting: 12 Juni 2024