మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పెరుగుదల నాణ్యతను నిర్ణయించే ముఖ్యమైన పదార్థాలు - ఉష్ణ క్షేత్రం

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ వృద్ధి ప్రక్రియ పూర్తిగా థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో జరుగుతుంది. మంచి థర్మల్ ఫీల్డ్ స్ఫటికాల నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు అధిక స్ఫటికీకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్ యొక్క రూపకల్పన డైనమిక్ థర్మల్ ఫీల్డ్‌లోని ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలలో మార్పులను మరియు ఫర్నేస్ చాంబర్‌లోని గ్యాస్ ప్రవాహంలో మార్పులను ఎక్కువగా నిర్ణయిస్తుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉపయోగించే పదార్థాలలో వ్యత్యాసం థర్మల్ ఫీల్డ్ యొక్క సేవా జీవితాన్ని నేరుగా నిర్ణయిస్తుంది. అసమంజసమైన థర్మల్ ఫీల్డ్ నాణ్యత అవసరాలను తీర్చే స్ఫటికాలను పెంచడం కష్టమే కాకుండా, కొన్ని ప్రక్రియ అవసరాల కింద పూర్తి మోనోక్రిస్టలైన్‌ను కూడా పెంచదు. అందుకే డైరెక్ట్-పుల్ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పరిశ్రమ థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌ను అత్యంత ప్రధాన సాంకేతికతగా పరిగణిస్తుంది మరియు థర్మల్ ఫీల్డ్ పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో భారీ మానవశక్తి మరియు పదార్థ వనరులను పెట్టుబడి పెడుతుంది.

థర్మల్ వ్యవస్థ వివిధ థర్మల్ ఫీల్డ్ పదార్థాలతో కూడి ఉంటుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉపయోగించే పదార్థాలను మేము క్లుప్తంగా పరిచయం చేస్తాము. థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ మరియు క్రిస్టల్ పుల్లింగ్‌పై దాని ప్రభావం విషయానికొస్తే, మేము దానిని ఇక్కడ విశ్లేషించము. థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ అనేది క్రిస్టల్ గ్రోత్ యొక్క వాక్యూమ్ ఫర్నేస్ చాంబర్‌లోని నిర్మాణం మరియు థర్మల్ ఇన్సులేషన్ భాగాన్ని సూచిస్తుంది, ఇది సెమీకండక్టర్ మెల్ట్ మరియు క్రిస్టల్ చుట్టూ తగిన ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని సృష్టించడానికి అవసరం.

1. థర్మల్ ఫీల్డ్ స్ట్రక్చర్ మెటీరియల్

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్‌ను పెంచడానికి డైరెక్ట్-పుల్ పద్ధతికి ప్రాథమిక సహాయక పదార్థం అధిక-స్వచ్ఛత గ్రాఫైట్. ఆధునిక పరిశ్రమలో గ్రాఫైట్ పదార్థాలు చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. వాటిని ఉష్ణ క్షేత్ర నిర్మాణ భాగాలుగా ఉపయోగించవచ్చు, ఉదాహరణకుహీటర్లు, గైడ్ ట్యూబ్‌లు, క్రూసిబుల్స్క్జోక్రాల్స్కీ పద్ధతి ద్వారా మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ తయారీలో ఇన్సులేషన్ ట్యూబ్‌లు, క్రూసిబుల్ ట్రేలు మొదలైనవి.

గ్రాఫైట్ పదార్థాలుపెద్ద పరిమాణంలో తయారు చేయడం సులభం, ప్రాసెస్ చేయవచ్చు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి వాటిని ఎంపిక చేస్తారు. వజ్రం లేదా గ్రాఫైట్ రూపంలో కార్బన్ ఏదైనా మూలకం లేదా సమ్మేళనం కంటే ఎక్కువ ద్రవీభవన స్థానాన్ని కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ పదార్థాలు చాలా బలంగా ఉంటాయి, ముఖ్యంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, మరియు వాటి విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత కూడా చాలా మంచిది. దీని విద్యుత్ వాహకత దీనిని ఒకహీటర్పదార్థం. ఇది సంతృప్తికరమైన ఉష్ణ వాహకత గుణకాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది హీటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వేడిని క్రూసిబుల్ మరియు ఉష్ణ క్షేత్రంలోని ఇతర భాగాలకు సమానంగా పంపిణీ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. అయితే, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ముఖ్యంగా ఎక్కువ దూరాలకు, ప్రధాన ఉష్ణ బదిలీ మోడ్ రేడియేషన్.

గ్రాఫైట్ భాగాలు మొదట్లో బైండర్‌తో కలిపిన చక్కటి కార్బోనేషియస్ కణాలతో తయారు చేయబడతాయి మరియు ఎక్స్‌ట్రూషన్ లేదా ఐసోస్టాటిక్ నొక్కడం ద్వారా ఏర్పడతాయి. అధిక-నాణ్యత గల గ్రాఫైట్ భాగాలు సాధారణంగా ఐసోస్టాటికల్‌గా నొక్కబడతాయి. మొత్తం భాగాన్ని మొదట కార్బోనైజ్ చేసి, ఆపై చాలా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, 3000°Cకి దగ్గరగా గ్రాఫిటైజ్ చేస్తారు. ఈ మొత్తం ముక్కల నుండి ప్రాసెస్ చేయబడిన భాగాలను సాధారణంగా సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ అవసరాలను తీర్చడానికి లోహ కాలుష్యాన్ని తొలగించడానికి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్లోరిన్ కలిగిన వాతావరణంలో శుద్ధి చేస్తారు. అయితే, సరైన శుద్ధీకరణ తర్వాత కూడా, లోహ కాలుష్యం స్థాయి సిలికాన్ మోనోక్రిస్టలైన్ పదార్థాలకు అనుమతించబడిన దానికంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, ఈ భాగాలు కరిగే లేదా క్రిస్టల్ ఉపరితలంలోకి ప్రవేశించకుండా నిరోధించడానికి థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌లో జాగ్రత్త తీసుకోవాలి.

గ్రాఫైట్ పదార్థాలు కొద్దిగా పారగమ్యంగా ఉంటాయి, దీని వలన లోపల మిగిలిన లోహం ఉపరితలాన్ని చేరుకోవడం సులభం అవుతుంది. అంతేకాకుండా, గ్రాఫైట్ ఉపరితలం చుట్టూ ఉన్న ప్రక్షాళన వాయువులో ఉండే సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ చాలా పదార్థాలలోకి చొచ్చుకుపోయి చర్య జరుపుతుంది.

ప్రారంభ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్లు టంగ్స్టన్ మరియు మాలిబ్డినం వంటి వక్రీభవన లోహాలతో తయారు చేయబడ్డాయి. గ్రాఫైట్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీ పెరుగుతున్న పరిపక్వతతో, గ్రాఫైట్ భాగాల మధ్య కనెక్షన్ యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు స్థిరంగా మారాయి మరియు మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్లు టంగ్స్టన్, మాలిబ్డినం మరియు ఇతర మెటీరియల్ హీటర్లను పూర్తిగా భర్తీ చేశాయి. ప్రస్తుతం, విస్తృతంగా ఉపయోగించే గ్రాఫైట్ పదార్థం ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్. నా దేశం యొక్క ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్ తయారీ సాంకేతికత సాపేక్షంగా వెనుకబడి ఉంది మరియు దేశీయ ఫోటోవోల్టాయిక్ పరిశ్రమలో ఉపయోగించే గ్రాఫైట్ పదార్థాలలో ఎక్కువ భాగం విదేశాల నుండి దిగుమతి చేయబడతాయి. విదేశీ ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్ తయారీదారులలో ప్రధానంగా జర్మనీకి చెందిన SGL, జపాన్‌కు చెందిన టోకై కార్బన్, జపాన్‌కు చెందిన టోయో టాన్సో మొదలైనవి ఉన్నాయి. క్జోక్రాల్స్కీ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫర్నేస్‌లలో, C/C మిశ్రమ పదార్థాలను కొన్నిసార్లు ఉపయోగిస్తారు మరియు వాటిని బోల్ట్‌లు, నట్‌లు, క్రూసిబుల్స్, లోడ్ ప్లేట్లు మరియు ఇతర భాగాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించడం ప్రారంభించారు. కార్బన్/కార్బన్ (C/C) మిశ్రమాలు అనేవి కార్బన్ ఫైబర్ రీన్ఫోర్స్డ్ కార్బన్-ఆధారిత మిశ్రమాలు, ఇవి అధిక నిర్దిష్ట బలం, అధిక నిర్దిష్ట మాడ్యులస్, తక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం, మంచి విద్యుత్ వాహకత, అధిక పగులు దృఢత్వం, తక్కువ నిర్దిష్ట గురుత్వాకర్షణ, ఉష్ణ షాక్ నిరోధకత, తుప్పు నిరోధకత మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాల శ్రేణిని కలిగి ఉంటాయి. ప్రస్తుతం, అవి ఏరోస్పేస్, రేసింగ్, బయోమెటీరియల్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో కొత్త అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధక నిర్మాణ పదార్థాలుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ప్రస్తుతం, దేశీయ C/C మిశ్రమాలు ఎదుర్కొంటున్న ప్రధాన అడ్డంకులు ఇప్పటికీ ఖర్చు మరియు పారిశ్రామికీకరణ సమస్యలు.

ఉష్ణ క్షేత్రాలను తయారు చేయడానికి అనేక ఇతర పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు. కార్బన్ ఫైబర్ రీన్‌ఫోర్స్డ్ గ్రాఫైట్ మెరుగైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది; కానీ ఇది ఖరీదైనది మరియు డిజైన్ కోసం ఇతర అవసరాలను కలిగి ఉంటుంది.సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC)అనేక అంశాలలో గ్రాఫైట్ కంటే మెరుగైన పదార్థం, కానీ ఇది చాలా ఖరీదైనది మరియు పెద్ద-పరిమాణ భాగాలను తయారు చేయడం కష్టం. అయితే, SiC తరచుగాCVD పూతతినివేయు సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ వాయువుకు గురైన గ్రాఫైట్ భాగాల జీవితకాలాన్ని పెంచడానికి మరియు గ్రాఫైట్ నుండి కాలుష్యాన్ని కూడా తగ్గించవచ్చు. దట్టమైన CVD సిలికాన్ కార్బైడ్ పూత మైక్రోపోరస్ గ్రాఫైట్ పదార్థంలోని కలుషితాలు ఉపరితలం చేరకుండా సమర్థవంతంగా నిరోధిస్తుంది.

మరొకటి CVD కార్బన్, ఇది గ్రాఫైట్ భాగం పైన దట్టమైన పొరను కూడా ఏర్పరుస్తుంది. మాలిబ్డినం లేదా పర్యావరణంతో సహజీవనం చేయగల సిరామిక్ పదార్థాలు వంటి ఇతర అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధక పదార్థాలను, ద్రవీభవనాన్ని కలుషితం చేసే ప్రమాదం లేని చోట ఉపయోగించవచ్చు. అయితే, ఆక్సైడ్ సిరామిక్‌లు సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫైట్ పదార్థాలకు వర్తించడంలో పరిమితంగా ఉంటాయి మరియు ఇన్సులేషన్ అవసరమైతే కొన్ని ఇతర ఎంపికలు ఉన్నాయి. ఒకటి షట్కోణ బోరాన్ నైట్రైడ్ (కొన్నిసార్లు సారూప్య లక్షణాల కారణంగా తెల్ల గ్రాఫైట్ అని పిలుస్తారు), కానీ యాంత్రిక లక్షణాలు పేలవంగా ఉంటాయి. మాలిబ్డినం సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులకు సహేతుకంగా ఉపయోగించబడుతుంది ఎందుకంటే దాని మితమైన ధర, సిలికాన్ స్ఫటికాలలో తక్కువ వ్యాప్తి రేటు మరియు దాదాపు 5×108 యొక్క చాలా తక్కువ విభజన గుణకం, ఇది క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని నాశనం చేసే ముందు కొంత మొత్తంలో మాలిబ్డినం కాలుష్యాన్ని అనుమతిస్తుంది.

2. థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు

సాధారణంగా ఉపయోగించే ఇన్సులేషన్ పదార్థం వివిధ రూపాల్లో కార్బన్ ఫెల్ట్. కార్బన్ ఫెల్ట్ సన్నని ఫైబర్‌లతో తయారు చేయబడింది, ఇవి తక్కువ దూరంలో థర్మల్ రేడియేషన్‌ను అనేకసార్లు నిరోధించడం వలన ఇన్సులేషన్‌గా పనిచేస్తాయి. మృదువైన కార్బన్ ఫెల్ట్‌ను సాపేక్షంగా సన్నని షీట్‌లుగా అల్లుతారు, తరువాత వాటిని కావలసిన ఆకారంలోకి కత్తిరించి సహేతుకమైన వ్యాసార్థంలోకి గట్టిగా వంచుతారు. క్యూర్డ్ ఫెల్ట్‌లు సారూప్య ఫైబర్ పదార్థాలతో కూడి ఉంటాయి మరియు చెదరగొట్టబడిన ఫైబర్‌లను మరింత ఘనమైన మరియు ఆకారపు వస్తువుగా అనుసంధానించడానికి కార్బన్-కలిగిన బైండర్ ఉపయోగించబడుతుంది. బైండర్‌కు బదులుగా కార్బన్ యొక్క రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణను ఉపయోగించడం వల్ల పదార్థం యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు.

సాధారణంగా, థర్మల్ ఇన్సులేషన్ క్యూరింగ్ ఫెల్ట్ యొక్క బయటి ఉపరితలం కోత మరియు దుస్తులు అలాగే కణ కాలుష్యాన్ని తగ్గించడానికి నిరంతర గ్రాఫైట్ పూత లేదా రేకుతో పూత పూయబడుతుంది. కార్బన్ ఫోమ్ వంటి ఇతర రకాల కార్బన్-ఆధారిత థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు కూడా ఉన్నాయి. సాధారణంగా, గ్రాఫిటైజేషన్ ఫైబర్ యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది కాబట్టి గ్రాఫిటైజేషన్ చేయబడిన పదార్థాలకు ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. ఈ అధిక-ఉపరితల-వైశాల్య పదార్థాల అవుట్‌గ్యాసింగ్ బాగా తగ్గుతుంది మరియు ఫర్నేస్‌ను తగిన వాక్యూమ్‌కు పంప్ చేయడానికి తక్కువ సమయం పడుతుంది. మరొకటి C/C మిశ్రమ పదార్థం, ఇది తక్కువ బరువు, అధిక నష్టాన్ని తట్టుకునే శక్తి మరియు అధిక బలం వంటి అత్యుత్తమ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ భాగాలను భర్తీ చేయడానికి థర్మల్ ఫీల్డ్‌లలో ఉపయోగించడం వలన గ్రాఫైట్ భాగాల భర్తీ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ గణనీయంగా తగ్గుతుంది, మోనోక్రిస్టలైన్ నాణ్యత మరియు ఉత్పత్తి స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

ముడి పదార్థ వర్గీకరణ ప్రకారం, కార్బన్ ఫీల్‌ను పాలియాక్రిలోనిట్రైల్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్, విస్కోస్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్ మరియు పిచ్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్‌లుగా విభజించవచ్చు.
పాలీయాక్రిలోనిట్రైల్ ఆధారిత కార్బన్ ఫెల్ట్‌లో పెద్ద బూడిద కంటెంట్ ఉంటుంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత చికిత్స తర్వాత, సింగిల్ ఫైబర్ పెళుసుగా మారుతుంది. ఆపరేషన్ సమయంలో, ఫర్నేస్ వాతావరణాన్ని కలుషితం చేయడానికి దుమ్మును ఉత్పత్తి చేయడం సులభం. అదే సమయంలో, ఫైబర్ మానవ శరీరంలోని రంధ్రాలు మరియు శ్వాసకోశంలోకి సులభంగా ప్రవేశించగలదు, ఇది మానవ ఆరోగ్యానికి హానికరం. విస్కోస్ ఆధారిత కార్బన్ ఫెల్ట్ మంచి థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పనితీరును కలిగి ఉంటుంది. వేడి చికిత్స తర్వాత ఇది సాపేక్షంగా మృదువుగా ఉంటుంది మరియు ధూళిని ఉత్పత్తి చేయడం సులభం కాదు. అయితే, విస్కోస్ ఆధారిత ముడి ఫైబర్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ సక్రమంగా ఉండదు మరియు ఫైబర్ ఉపరితలంపై చాలా పొడవైన కమ్మీలు ఉన్నాయి. CZ సిలికాన్ ఫర్నేస్ యొక్క ఆక్సీకరణ వాతావరణం కింద C02 వంటి వాయువులను ఉత్పత్తి చేయడం సులభం, దీని వలన మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పదార్థంలో ఆక్సిజన్ మరియు కార్బన్ మూలకాల అవపాతం ఏర్పడుతుంది. ప్రధాన తయారీదారులలో జర్మన్ SGL మరియు ఇతర కంపెనీలు ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, సెమీకండక్టర్ మోనోక్రిస్టలైన్ పరిశ్రమలో విస్తృతంగా ఉపయోగించేది పిచ్ ఆధారిత కార్బన్ ఫెల్ట్, ఇది విస్కోస్ ఆధారిత కార్బన్ ఫెల్ట్ కంటే అధ్వాన్నమైన థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పనితీరును కలిగి ఉంటుంది, కానీ పిచ్ ఆధారిత కార్బన్ ఫెల్ట్ అధిక స్వచ్ఛత మరియు తక్కువ ధూళి ఉద్గారాలను కలిగి ఉంటుంది. తయారీదారులలో జపాన్‌కు చెందిన కురేహా కెమికల్ మరియు ఒసాకా గ్యాస్ ఉన్నాయి.
కార్బన్ ఫెల్ట్ యొక్క ఆకారం స్థిరంగా లేనందున, దానిని ఆపరేట్ చేయడానికి అసౌకర్యంగా ఉంటుంది. ఇప్పుడు చాలా కంపెనీలు కార్బన్ ఫెల్ట్-క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫెల్ట్ ఆధారంగా కొత్త థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాన్ని అభివృద్ధి చేశాయి. క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫెల్ట్, దీనిని హార్డ్ ఫెల్ట్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది మృదువైన ఫెల్ట్‌ను రెసిన్‌తో కలిపి, లామినేట్ చేసి, క్యూర్డ్ చేసి, కార్బోనైజ్ చేసిన తర్వాత ఒక నిర్దిష్ట ఆకారం మరియు స్వయం-స్థిరమైన లక్షణం కలిగిన కార్బన్ ఫెల్ట్.

మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ యొక్క వృద్ధి నాణ్యత నేరుగా ఉష్ణ వాతావరణం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది మరియు కార్బన్ ఫైబర్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు ఈ వాతావరణంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. కార్బన్ ఫైబర్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ సాఫ్ట్ ఫెల్ట్ దాని ఖర్చు ప్రయోజనం, అద్భుతమైన థర్మల్ ఇన్సులేషన్ ప్రభావం, సౌకర్యవంతమైన డిజైన్ మరియు అనుకూలీకరించదగిన ఆకారం కారణంగా ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఇప్పటికీ గణనీయమైన ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది. అదనంగా, కార్బన్ ఫైబర్ హార్డ్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ ఫెల్ట్ దాని నిర్దిష్ట బలం మరియు అధిక కార్యాచరణ కారణంగా థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ మార్కెట్‌లో ఎక్కువ అభివృద్ధి స్థలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. మేము థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాల రంగంలో పరిశోధన మరియు అభివృద్ధికి కట్టుబడి ఉన్నాము మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క శ్రేయస్సు మరియు అభివృద్ధిని ప్రోత్సహించడానికి ఉత్పత్తి పనితీరును నిరంతరం ఆప్టిమైజ్ చేస్తాము.