กรณีศึกษา: ส่วนประกอบกราไฟต์ความบริสุทธิ์สูงสำหรับแผงระบายความร้อนแบบผลึกเดี่ยวขนาด 32 นิ้วในกระบวนการผลิตซิลิคอนชนิด N

บทนำ: ความท้าทายด้านสนามความร้อนขนาด 32 นิ้วในการเติบโตของซิลิคอนชนิด N ที่มีประสิทธิภาพสูง

เนื่องจากอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์กำลังเปลี่ยนผ่านอย่างรวดเร็วจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด P-type PERC ไปสู่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด N-type TOPCon และ Heterojunction (HJT) ความต้องการแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงจึงเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก พื้นผิวซิลิคอนชนิด N-type ต้องการอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยที่สูงมาก (โดยทั่วไป >300 ไมโครวินาที) และการปนเปื้อนของสิ่งเจือปนโลหะทรานซิชันเกือบเป็นศูนย์

เพื่อเพิ่มปริมาณการผลิต ผู้ผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจึงขยายขนาดเบ้าหลอมเป็น 32 นิ้วและใหญ่กว่านั้น อย่างไรก็ตาม การทำงานที่อุณหภูมิเกิน 1,450°C ในพื้นที่ความร้อนขนาด 32 นิ้ว ก่อให้เกิดความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างมาก:

1. การเสื่อมสภาพจากความร้อนและความไม่สมมาตร:ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงมากทำให้เกิดการเสียรูปและรอยแตกในโครงสร้างของเครื่องทำความร้อนและฐานรองที่ทำจากกราไฟต์มาตรฐาน
2. การปนเปื้อนของโลหะระเหย:ธาตุเจือปนปริมาณเล็กน้อย (Fe, Ni, Cu, V) ในกราไฟต์ทั่วไปจะระเหยกลายเป็นไอในระหว่างการดึงผลึกเป็นเวลานาน และเคลื่อนย้ายเข้าไปในซิลิคอนหลอมเหลวโดยตรง ส่งผลให้ระยะเวลาการคงอยู่ของพาหะส่วนน้อยลดลงอย่างรุนแรง

โซลูชันทางวิศวกรรม: กราไฟต์ไอโซสแตติกบริสุทธิ์พิเศษและแผ่นป้องกัน SiC ที่ผลิตด้วยวิธี CVD

เพื่อเอาชนะข้อจำกัดทางเทคนิคเหล่านี้ VeTek Semiconductor ได้ทำการอัพเกรดวัสดุอย่างครอบคลุมทั่วทั้งชุดประกอบสนามความร้อนขนาด 32 นิ้ว โดยประกอบด้วยกราไฟต์ไอโซสแตติกความหนาแน่นสูงที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ด้วยฮาโลเจนที่อุณหภูมิสูง และเคลือบด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) แบบ CVD เพื่อการป้องกัน

1. การกำจัดฮาโลเจนอย่างล้ำลึก (ปริมาณเถ้า ≤ 2-5 ppm)

กราไฟต์อุตสาหกรรมมาตรฐานมีปริมาณเถ้าโดยรวมอยู่ระหว่าง 50 ppm ถึง 200 ppm ที่อุณหภูมิ 1,450°C ภายใต้สภาวะสุญญากาศ ธาตุโลหะเหล่านี้จะระเหยไป กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ด้วยก๊าซฮาโลเจนที่อุณหภูมิสูงที่เป็นกรรมสิทธิ์ของเราจะเปลี่ยนสิ่งเจือปนที่เป็นโลหะให้กลายเป็นสารประกอบฮาโลเจนระเหยได้ (คลอไรด์/ฟลูออไรด์) ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,400°C

• การทดสอบด้วยเทคนิค Glow Discharge Mass Spectrometry (GDMS)ตรวจสอบว่าปริมาณสิ่งเจือปนโลหะทั้งหมด (Fe, Cr, Ni, Cu, V) ลดลงเหลือต่ำกว่า 0.5 ppm โดยมีปริมาณเถ้าโดยรวม ≤ 2 ppm
• ผลลัพธ์:ช่วยขจัดปัญหาการเกิดก๊าซโลหะในพื้นหลัง ปกป้องบ่อซิลิคอนหลอมเหลวจากการปนเปื้อนระหว่างรอบการดึงต่อเนื่องนานกว่า 120 ชั่วโมง

2. โครงสร้างกราไฟต์ไอโซสแตติกความหนาแน่นสูงเพื่อความเสถียรทางความร้อน

ชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ฮีตเตอร์กราไฟต์ ตัวรองรับเบ้าหลอม และกระบอกฉนวน ผลิตขึ้นจากการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรจากกราไฟต์ไอโซสแตติกที่มีความหนาแน่นสูง (1.85 กรัม/ซม³) และมีเกรนละเอียด (ขนาดเกรน <10 ไมโครเมตร) การอัดขึ้นรูปไอโซสแตติกช่วยให้การขยายตัวทางความร้อน (CTE) เป็นไปอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทาง ป้องกันความเครียดจากความร้อนเฉพาะจุด การบิดเบี้ยว และการแตกร้าวทางกลภายใต้รอบความร้อนซ้ำๆ

3. การเคลือบป้องกันด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ด้วยวิธี CVD

ชิ้นส่วนสำคัญที่สัมผัสกับไอระเหยของซิลิคอนและก๊าซชะล้างที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จะถูกเคลือบด้วยชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่มีความหนาแน่น 50–80 ไมโครเมตร ซึ่งได้จากการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (CVD)

• สารป้องกันการกัดกร่อน:ป้องกันปฏิกิริยาเคมีโดยตรงระหว่างไอระเหยของซิลิคอน (SiO) กับพื้นผิวแกรไฟต์ (SiO + 2C → SiC + CO) ซึ่งช่วยขจัดปัญหาการกัดเซาะพื้นผิวและการเกิดฝุ่นคาร์บอน
• ความแม่นยำทางเรขาคณิต:รักษาความแม่นยำของรูปทรงสนามความร้อนได้ตลอดช่วงระยะเวลาการใช้งานที่ยาวนานขึ้นถึง 30%

ข้อมูลประสิทธิภาพที่วัดได้และการตรวจสอบความถูกต้องจากการทดลองภาคสนาม

การทดสอบภาคสนามเชิงเปรียบเทียบเป็นเวลา 6 เดือนได้ดำเนินการกับเตาอบ CZ ขนาด 32 นิ้ว จำนวน 50 เครื่องในระดับการผลิตจริง ณ โรงงานผลิตเวเฟอร์ซิลิคอน TOPCon ระดับ Tier-1 ด้านล่างนี้คือเกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพที่เปรียบเทียบส่วนประกอบกราไฟต์มาตรฐานกับโซลูชันสนามความร้อนบริสุทธิ์ของ VeTek Semiconductor:

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

สรุปและให้คำปรึกษาทางเทคนิค

การยกระดับไปใช้ส่วนประกอบกราไฟต์ไอโซสแตติกที่บริสุทธิ์เป็นพิเศษพร้อมการป้องกันด้วย CVD SiC ช่วยให้สามารถแก้ปัญหาคอขวดด้านผลผลิตและสิ่งเจือปนในการเติบโตของซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ชนิด N ขนาด 32 นิ้วได้อย่างเป็นรูปธรรมและวัดผลได้ ด้วยผลผลิตหลักที่เพิ่มขึ้น 18% และอายุการใช้งานของสนามความร้อนที่ยาวนานขึ้น 30% ผู้ผลิตเวเฟอร์โซลาร์เซลล์จึงสามารถได้รับผลตอบแทนจากการลงทุนที่คุ้มค่า