ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் வளர்ச்சியின் தரத்தை நிர்ணயிக்கும் முக்கிய மூலப்பொருட்கள் – வெப்பப் புலம்

ஒற்றைப்படிக சிலிக்கானின் வளர்ச்சி செயல்முறை முழுவதுமாக வெப்பப் புலத்தில் நடைபெறுகிறது. ஒரு நல்ல வெப்பப் புலம், படிகங்களின் தரத்தை மேம்படுத்துவதற்கு உகந்தது மற்றும் அதிக படிகமாக்கல் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. வெப்பப் புலத்தின் வடிவமைப்பு, இயக்க வெப்பப் புலத்தில் உள்ள வெப்பநிலை சாய்வுகளின் மாற்றங்களையும், உலை அறையில் உள்ள வாயுவின் ஓட்டத்தையும் பெருமளவில் தீர்மானிக்கிறது. வெப்பப் புலத்தில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் வேறுபாடு, வெப்பப் புலத்தின் சேவை ஆயுளை நேரடியாகத் தீர்மானிக்கிறது. ஒரு பொருத்தமற்ற வெப்பப் புலம், தரத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் படிகங்களை வளர்ப்பதை கடினமாக்குவது மட்டுமல்லாமல், சில செயல்முறைத் தேவைகளின் கீழ் முழுமையான ஒற்றைப்படிகத்தையும் வளர்க்க முடியாது. இதனால்தான், நேரடி-இழுத்தல் ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் தொழில், வெப்பப் புல வடிவமைப்பை மிக முக்கிய தொழில்நுட்பமாகக் கருதுகிறது மற்றும் வெப்பப் புல ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டில் பெரும் மனிதவளம் மற்றும் பொருள் வளங்களை முதலீடு செய்கிறது.

வெப்ப அமைப்பானது பல்வேறு வெப்பப் புலப் பொருட்களால் ஆனது. வெப்பப் புலத்தில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களைப் பற்றி நாம் சுருக்கமாக மட்டுமே அறிமுகப்படுத்துகிறோம். வெப்பப் புலத்தில் உள்ள வெப்பநிலை பரவல் மற்றும் படிகத்தை இழுப்பதில் அதன் தாக்கம் ஆகியவற்றை நாம் இங்கு பகுப்பாய்வு செய்ய மாட்டோம். வெப்பப் புலப் பொருள் என்பது, படிக வளர்ச்சிக்கான வெற்றிட உலை அறையில் உள்ள கட்டமைப்பு மற்றும் வெப்பக் காப்புப் பகுதியைக் குறிக்கிறது. இது, குறைக்கடத்தி உருகல் மற்றும் படிகத்தைச் சுற்றி ஒரு பொருத்தமான வெப்பநிலை பரவலை உருவாக்குவதற்கு அவசியமானதாகும்.

1. வெப்பப் புலக் கட்டமைப்புப் பொருள்

ஒற்றைப்படிக சிலிக்கானை வளர்ப்பதற்கான நேரடி இழுத்தல் முறையின் அடிப்படை ஆதாரப் பொருள் உயர் தூய்மை கொண்ட கிராஃபைட் ஆகும். நவீனத் தொழில்துறையில் கிராஃபைட் பொருட்கள் மிக முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. அவற்றை வெப்பப் புலக் கட்டமைப்பு கூறுகளாகப் பயன்படுத்தலாம்.ஹீட்டர்கள், வழிகாட்டி குழாய்கள், மூசைகள்சோல்க்ராஸ்கி முறையில் ஒற்றைப்படிக சிலிக்கானைத் தயாரிப்பதில், மின்காப்புக் குழாய்கள், மூசைத் தட்டுகள் போன்றவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கிராஃபைட் பொருட்கள்அதிக அளவில் தயாரிப்பதற்கு எளிதாகவும், பதப்படுத்தக்கூடியதாகவும், அதிக வெப்பநிலையைத் தாங்கக்கூடியதாகவும் இருப்பதால் அவை தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. வைரம் அல்லது கிராஃபைட் வடிவிலான கார்பன், வேறு எந்தத் தனிமம் அல்லது சேர்மத்தை விடவும் அதிக உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளது. கிராஃபைட் பொருட்கள், குறிப்பாக அதிக வெப்பநிலையில், மிகவும் வலிமையானவை; மேலும் அவற்றின் மின் மற்றும் வெப்பக் கடத்துத்திறனும் மிகவும் நன்றாக உள்ளது. அதன் மின் கடத்துத்திறன், அதனை ஒரு பொருளாகப் பயன்படுத்த ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.ஹீட்டர்இந்த பொருள் திருப்திகரமான வெப்பக் கடத்துத்திறன் குணகத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது வெப்பமூட்டியால் உருவாக்கப்படும் வெப்பத்தை உலைக்கலத்திற்கும் வெப்பப் புலத்தின் பிற பகுதிகளுக்கும் சீராகப் பரவச் செய்கிறது. இருப்பினும், அதிக வெப்பநிலைகளில், குறிப்பாக நீண்ட தூரங்களில், முக்கிய வெப்பப் பரிமாற்ற முறை கதிர்வீச்சு ஆகும்.

கிராஃபைட் பாகங்கள் தொடக்கத்தில், ஒரு பிணைப்பானுடன் கலக்கப்பட்ட நுண்ணிய கார்பன் துகள்களால் செய்யப்பட்டு, எக்ஸ்ட்ரூஷன் அல்லது ஐசோஸ்டேடிக் அழுத்தம் மூலம் வடிவமைக்கப்படுகின்றன. உயர்தர கிராஃபைட் பாகங்கள் பொதுவாக ஐசோஸ்டேடிக் முறையில் அழுத்தப்படுகின்றன. முழுப் பாகமும் முதலில் கார்பனாக்கப்பட்டு, பின்னர் சுமார் 3000°C போன்ற மிக அதிக வெப்பநிலையில் கிராஃபைட்டாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த முழுப் பாகங்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் பாகங்கள், குறைக்கடத்தித் துறையின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்காக, உலோகக் கலப்படத்தை நீக்குவதற்கு, பொதுவாக குளோரின் கலந்த சூழலில் அதிக வெப்பநிலையில் சுத்திகரிக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், முறையான சுத்திகரிப்புக்குப் பிறகும், உலோகக் கலப்படத்தின் அளவு, சிலிக்கான் ஒற்றைப்படிகப் பொருட்களுக்கு அனுமதிக்கப்பட்ட அளவை விடப் பல மடங்கு அதிகமாக உள்ளது. எனவே, இந்தக் கூறுகளின் கலப்படம் உருகிய பகுதியிலோ அல்லது படிகத்தின் மேற்பரப்பிலோ நுழைவதைத் தடுக்க, வெப்பப் புல வடிவமைப்பில் மிகுந்த கவனம் செலுத்தப்பட வேண்டும்.

கிராஃபைட் பொருட்கள் சிறிதளவு ஊடுருவக்கூடியவை, இதனால் உள்ளே எஞ்சியிருக்கும் உலோகம் மேற்பரப்பை எளிதில் அடைகிறது. மேலும், கிராஃபைட் மேற்பரப்பைச் சுற்றியுள்ள சுத்திகரிப்பு வாயுவில் இருக்கும் சிலிக்கான் மோனாக்சைடு, பெரும்பாலான பொருட்களுக்குள் ஊடுருவி வினைபுரியும் திறன் கொண்டது.

ஆரம்பகால ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் உலை வெப்பமூட்டிகள், டங்ஸ்டன் மற்றும் மாலிப்டினம் போன்ற வெப்பத்தைத் தாங்கும் உலோகங்களால் செய்யப்பட்டன. கிராஃபைட் பதப்படுத்தும் தொழில்நுட்பத்தின் முதிர்ச்சி அதிகரித்ததால், கிராஃபைட் கூறுகளுக்கு இடையேயான இணைப்பின் மின் பண்புகள் நிலையானதாக மாறியுள்ளன, மேலும் ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் உலை வெப்பமூட்டிகள், டங்ஸ்டன், மாலிப்டினம் மற்றும் பிற பொருட்களால் செய்யப்பட்ட வெப்பமூட்டிகளை முழுமையாக மாற்றிவிட்டன. தற்போது, ​​மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் கிராஃபைட் பொருள் ஐசோஸ்டேடிக் கிராஃபைட் ஆகும். நமது நாட்டின் ஐசோஸ்டேடிக் கிராஃபைட் தயாரிப்பு தொழில்நுட்பம் ஒப்பீட்டளவில் பின்தங்கியுள்ளது, மேலும் உள்நாட்டு ஒளிமின்னழுத்தத் துறையில் பயன்படுத்தப்படும் பெரும்பாலான கிராஃபைட் பொருட்கள் வெளிநாடுகளில் இருந்து இறக்குமதி செய்யப்படுகின்றன. வெளிநாட்டு ஐசோஸ்டேடிக் கிராஃபைட் உற்பத்தியாளர்களில் முக்கியமாக ஜெர்மனியின் SGL, ஜப்பானின் டோகாய் கார்பன், ஜப்பானின் டோயோ டான்சோ போன்றவை அடங்கும். சோக்ரால்ஸ்கி ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் உலைகளில், C/C கலப்புப் பொருட்கள் சில சமயங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் அவை போல்ட்கள், நட்டுகள், மூசைகள், சுமைத் தட்டுகள் மற்றும் பிற கூறுகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தத் தொடங்கியுள்ளன. கார்பன்/கார்பன் (C/C) கலவைகள் என்பவை, கார்பன் இழையால் வலுவூட்டப்பட்ட கார்பன் அடிப்படையிலான கலவைகள் ஆகும். இவை உயர் தன்வலிமை, உயர் தன்மாறுபாடு, குறைந்த வெப்ப விரிவாக்கக் குணகம், நல்ல மின் கடத்துத்திறன், உயர் முறிவு உறுதித்தன்மை, குறைந்த தன்ஈர்ப்பு, வெப்ப அதிர்ச்சி எதிர்ப்பு, அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு போன்ற பல சிறந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. தற்போது, ​​இவை விண்வெளி, பந்தயம், உயிரிப் பொருட்கள் மற்றும் பிற துறைகளில் புதிய உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு கட்டமைப்புப் பொருட்களாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. தற்போதைய நிலையில், உள்நாட்டு C/C கலவைகள் எதிர்கொள்ளும் முக்கியத் தடைகளாக அவற்றின் விலை மற்றும் தொழில்மயமாக்கல் சிக்கல்களே உள்ளன.

வெப்பப் புலங்களை உருவாக்க வேறு பல பொருட்களும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கார்பன் இழை வலுவூட்டப்பட்ட கிராஃபைட் சிறந்த இயந்திரவியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது; ஆனால் அது அதிக விலை கொண்டது மற்றும் அதன் வடிவமைப்பிற்கு வேறு சில தேவைகளும் உள்ளன.சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC)பல அம்சங்களில் கிராஃபைட்டை விட SiC ஒரு சிறந்த பொருளாகும், ஆனால் அது மிகவும் விலை உயர்ந்தது மற்றும் அதிக அளவிலான பாகங்களைத் தயாரிப்பது கடினம். இருப்பினும், SiC பெரும்பாலும் ஒரு பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.CVD பூச்சுஅரிக்கும் தன்மையுள்ள சிலிக்கான் மோனாக்சைடு வாயுவிற்கு வெளிப்படும் கிராஃபைட் பாகங்களின் ஆயுளை அதிகரிப்பதோடு, கிராஃபைட்டிலிருந்து ஏற்படும் மாசுபாட்டையும் இது குறைக்கும். அடர்த்தியான CVD சிலிக்கான் கார்பைடு பூச்சானது, நுண்துளைகள் கொண்ட கிராஃபைட் பொருளுக்குள் இருக்கும் மாசுபடுத்திகள் மேற்பரப்பை அடைவதைத் திறம்படத் தடுக்கிறது.

மற்றொன்று CVD கார்பன் ஆகும், இது கிராஃபைட் பகுதிக்கு மேலே ஒரு அடர்த்தியான அடுக்கையும் உருவாக்க முடியும். உருகிய பொருளை மாசுபடுத்தும் அபாயம் இல்லாத இடங்களில், சுற்றுச்சூழலுடன் இணைந்து வாழக்கூடிய மாலிப்டினம் அல்லது செராமிக் பொருட்கள் போன்ற பிற உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்புப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தலாம். இருப்பினும், ஆக்சைடு செராமிக்ஸ் பொதுவாக உயர் வெப்பநிலையில் கிராஃபைட் பொருட்களுக்குப் பொருந்தும் தன்மையில் வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் காப்பு தேவைப்பட்டால் வேறு சில விருப்பங்களே உள்ளன. அவற்றில் ஒன்று அறுகோண போரான் நைட்ரைடு (ஒத்த பண்புகள் காரணமாக சில நேரங்களில் வெள்ளை கிராஃபைட் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது), ஆனால் அதன் இயந்திர பண்புகள் மோசமானவை. மாலிப்டினம் பொதுவாக உயர் வெப்பநிலை சூழ்நிலைகளுக்குப் போதுமான அளவு பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் மிதமான விலை, சிலிக்கான் படிகங்களில் குறைந்த பரவல் விகிதம் மற்றும் சுமார் 5×10⁸ என்ற மிகக் குறைந்த பிரிப்பு குணகம், இது படிக அமைப்பை அழிப்பதற்கு முன்பு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு மாலிப்டினம் மாசுபாட்டை அனுமதிக்கிறது.

2. வெப்பக் காப்புப் பொருட்கள்

மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் காப்புப் பொருள், பல்வேறு வடிவங்களில் உள்ள கார்பன் ஃபெல்ட் ஆகும். கார்பன் ஃபெல்ட் மெல்லிய இழைகளால் ஆனது; அவை குறுகிய தூரத்திற்குள் பலமுறை வெப்பக் கதிர்வீச்சைத் தடுப்பதால், காப்புப் பொருளாகச் செயல்படுகின்றன. மென்மையான கார்பன் ஃபெல்ட், ஒப்பீட்டளவில் மெல்லிய தாள்களாக நெய்யப்பட்டு, பின்னர் விரும்பிய வடிவத்தில் வெட்டப்பட்டு, ஒரு குறிப்பிட்ட ஆரத்திற்கு இறுக்கமாக வளைக்கப்படுகிறது. பதப்படுத்தப்பட்ட ஃபெல்ட்கள் இதே போன்ற இழைப் பொருட்களால் ஆனவை, மேலும் சிதறிய இழைகளை மிகவும் திடமான மற்றும் வடிவமைக்கப்பட்ட பொருளாக இணைக்க, கார்பன் கொண்ட ஒரு பிணைப்பான் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பிணைப்பானுக்குப் பதிலாக கார்பனின் வேதியியல் ஆவிப் படிவு முறையைப் பயன்படுத்துவது, பொருளின் இயந்திரவியல் பண்புகளை மேம்படுத்தும்.

வழக்கமாக, அரிப்பு, தேய்மானம் மற்றும் துகள் மாசுபாட்டைக் குறைப்பதற்காக, வெப்பக் காப்புப் பொருளின் வெளிப்புறப் பரப்பில் தொடர்ச்சியான கிராஃபைட் பூச்சு அல்லது படலம் பூசப்படுகிறது. கார்பன் ஃபோம் போன்ற பிற வகை கார்பன் அடிப்படையிலான வெப்பக் காப்புப் பொருட்களும் உள்ளன. பொதுவாக, கிராஃபைட் செய்யப்பட்ட பொருட்களே வெளிப்படையாக விரும்பப்படுகின்றன, ஏனெனில் கிராஃபைட்டாக்கம் இழையின் மேற்பரப்புப் பரப்பை வெகுவாகக் குறைக்கிறது. இந்த அதிக மேற்பரப்புப் பரப்பு கொண்ட பொருட்களிலிருந்து வாயு வெளியேற்றம் பெருமளவில் குறைக்கப்படுகிறது, மேலும் உலையை ஒரு பொருத்தமான வெற்றிடத்திற்கு உந்துவதற்கு குறைந்த நேரமே ஆகும். மற்றொன்று C/C கலவைப் பொருள் ஆகும், இது குறைந்த எடை, அதிக சேதத் தாங்குதிறன் மற்றும் அதிக வலிமை போன்ற சிறந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. வெப்பத் துறைகளில் கிராஃபைட் பாகங்களுக்குப் பதிலாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​கிராஃபைட் பாகங்களை மாற்றும் இடைவெளியைக் கணிசமாகக் குறைத்து, ஒற்றைப்படிகத் தரம் மற்றும் உற்பத்தி நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

மூலப்பொருட்களின் வகைப்பாட்டின்படி, கார்பன் ஃபெல்ட்டை பாலிஅக்ரிலோநைட்ரைல் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட், விஸ்கோஸ் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் மற்றும் பிட்ச் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் எனப் பிரிக்கலாம்.
பாலிஅக்ரிலோநைட்ரைல் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் அதிக சாம்பல் உள்ளடக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது. உயர்-வெப்பநிலை சிகிச்சைக்குப் பிறகு, ஒற்றை இழை நொறுங்கக்கூடியதாக மாறுகிறது. செயல்பாட்டின் போது, ​​உலைச் சூழலை மாசுபடுத்தும் தூசியை எளிதில் உருவாக்குகிறது. அதே நேரத்தில், இந்த இழை மனித உடலின் துளைகள் மற்றும் சுவாசப் பாதைக்குள் எளிதில் நுழைய முடியும், இது மனித ஆரோக்கியத்திற்கு தீங்கு விளைவிக்கும். விஸ்கோஸ் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் நல்ல வெப்பக் காப்பு செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. வெப்ப சிகிச்சைக்குப் பிறகு இது ஒப்பீட்டளவில் மென்மையாகிறது மற்றும் தூசியை எளிதில் உருவாக்குவதில்லை. இருப்பினும், விஸ்கோஸ் அடிப்படையிலான மூல இழையின் குறுக்குவெட்டு சீரற்றது, மேலும் இழையின் மேற்பரப்பில் பல பள்ளங்கள் உள்ளன. CZ சிலிக்கான் உலையின் ஆக்ஸிஜனேற்ற வளிமண்டலத்தின் கீழ் CO2 போன்ற வாயுக்களை எளிதில் உருவாக்குகிறது, இது ஒற்றைப்படிக சிலிக்கான் பொருளில் ஆக்ஸிஜன் மற்றும் கார்பன் தனிமங்களின் வீழ்படிவுக்குக் காரணமாகிறது. முக்கிய உற்பத்தியாளர்களில் ஜெர்மன் SGL மற்றும் பிற நிறுவனங்கள் அடங்கும். தற்போது, ​​குறைக்கடத்தி ஒற்றைப்படிகத் துறையில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுவது பிட்ச் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் ஆகும், இது விஸ்கோஸ் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட்டை விட மோசமான வெப்பக் காப்பு செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் பிட்ச் அடிப்படையிலான கார்பன் ஃபெல்ட் அதிக தூய்மையையும் குறைந்த தூசி வெளியேற்றத்தையும் கொண்டுள்ளது. உற்பத்தியாளர்களில் ஜப்பானின் குரேஹா கெமிக்கல் மற்றும் ஒசாகா கேஸ் ஆகியவை அடங்கும்.
கார்பன் ஃபெல்ட்டின் வடிவம் நிலையானதாக இல்லாததால், அதைக் கையாள்வது சிரமமாக உள்ளது. தற்போது பல நிறுவனங்கள் கார்பன் ஃபெல்ட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு புதிய வெப்பக் காப்புப் பொருளை உருவாக்கியுள்ளன - அதுவே பதப்படுத்தப்பட்ட கார்பன் ஃபெல்ட் ஆகும். கடின ஃபெல்ட் என்றும் அழைக்கப்படும் பதப்படுத்தப்பட்ட கார்பன் ஃபெல்ட் என்பது, மென் ஃபெல்ட்டில் ரெசின் ஊடுருவி, லேமினேட் செய்யப்பட்டு, பதப்படுத்தப்பட்டு, கார்பனாக்கப்பட்ட பிறகு ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தையும், தன்னைத் தானே நிலைநிறுத்திக் கொள்ளும் பண்பையும் கொண்ட ஒரு கார்பன் ஃபெல்ட் ஆகும்.

ஒற்றைப்படிக சிலிக்கானின் வளர்ச்சித் தரம் வெப்பச் சூழலால் நேரடியாகப் பாதிக்கப்படுகிறது, மேலும் இந்தச் சூழலில் கார்பன் இழை வெப்பக் காப்புப் பொருட்கள் முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. கார்பன் இழை வெப்பக் காப்பு மென் துணியானது, அதன் விலை நன்மை, சிறந்த வெப்பக் காப்பு விளைவு, நெகிழ்வான வடிவமைப்பு மற்றும் தனிப்பயனாக்கக்கூடிய வடிவம் ஆகியவற்றின் காரணமாக ஒளிமின்னழுத்த குறைக்கடத்தித் துறையில் குறிப்பிடத்தக்க நன்மையைக் கொண்டுள்ளது. மேலும், கார்பன் இழை கடின வெப்பக் காப்புத் துணியானது, அதன் குறிப்பிட்ட வலிமை மற்றும் அதிக இயக்கத்திறன் காரணமாக வெப்பப் புலப் பொருள் சந்தையில் பரந்த வளர்ச்சி வாய்ப்பைக் கொண்டிருக்கும். நாங்கள் வெப்பக் காப்புப் பொருட்கள் துறையில் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டிற்கு உறுதிபூண்டுள்ளோம், மேலும் ஒளிமின்னழுத்த குறைக்கடத்தித் துறையின் செழிப்பையும் வளர்ச்சியையும் மேம்படுத்துவதற்காக தயாரிப்பு செயல்திறனைத் தொடர்ந்து மேம்படுத்துகிறோம்.