Monokristalli kremniyning o'sish jarayoni to'liq termal maydonda amalga oshiriladi. Yaxshi termal maydon kristallar sifatini yaxshilashga yordam beradi va yuqori kristallanish samaradorligiga ega. Termal maydonning dizayni asosan dinamik termal maydondagi harorat gradiyentlarining o'zgarishini va o'choq kamerasidagi gaz oqimini aniqlaydi. Termal maydonda ishlatiladigan materiallarning farqi termal maydonning xizmat qilish muddatini bevosita belgilaydi. Asossiz termal maydon nafaqat sifat talablariga javob beradigan kristallarni o'stirishni qiyinlashtiradi, balki ma'lum jarayon talablari ostida to'liq monokristallini o'stira olmaydi. Shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri tortiladigan monokristalli kremniy sanoati termal maydon dizaynini eng asosiy texnologiya deb biladi va termal maydonlarni tadqiq qilish va rivojlantirishga katta ishchi kuchi va moddiy resurslarni sarflaydi.
Issiqlik tizimi turli xil issiqlik maydoni materiallaridan iborat. Biz faqat issiqlik maydonida ishlatiladigan materiallarni qisqacha tanishtiramiz. Issiqlik maydonidagi harorat taqsimoti va uning kristallning tortilishiga ta'siri haqida gapiradigan bo'lsak, biz uni bu yerda tahlil qilmaymiz. Issiqlik maydoni materiali yarimo'tkazgich eritmasi va kristall atrofida mos harorat taqsimotini yaratish uchun zarur bo'lgan vakuumli pech kamerasidagi kristall o'sishining tuzilishi va issiqlik izolyatsiyasi qismini anglatadi.
1. Issiqlik maydoni strukturasi materiali
Monokristalli kremniyni to'g'ridan-to'g'ri tortish usuli bilan yetishtirish uchun asosiy qo'llab-quvvatlovchi material yuqori tozalikdagi grafitdir. Grafit materiallari zamonaviy sanoatda juda muhim rol o'ynaydi. Ular issiqlik maydonining strukturaviy komponentlari sifatida ishlatilishi mumkin, masalan...isitgichlar, yo'naltiruvchi naychalar, mixlar, Czochralski usuli bilan monokristalli kremniy tayyorlashda izolyatsiya naychalari, tigel patnislari va boshqalar.
Grafit materiallaritanlangan, chunki ularni katta hajmlarda tayyorlash oson, qayta ishlash mumkin va yuqori haroratga chidamli. Olmos yoki grafit shaklidagi uglerod har qanday element yoki birikmaga qaraganda yuqori erish nuqtasiga ega. Grafit materiallari, ayniqsa yuqori haroratlarda juda kuchli va ularning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi ham juda yaxshi. Uning elektr o'tkazuvchanligi uni... sifatida mos qiladi.isitgichmaterial. U qoniqarli issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga ega, bu esa isitgich tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlikni o'choqqa va issiqlik maydonining boshqa qismlariga teng ravishda taqsimlash imkonini beradi. Biroq, yuqori haroratlarda, ayniqsa uzoq masofalarda, asosiy issiqlik uzatish usuli nurlanishdir.
Grafit qismlari dastlab bog'lovchi bilan aralashtirilgan mayda uglerodli zarrachalardan tayyorlanadi va ekstruziya yoki izostatik presslash orqali hosil qilinadi. Yuqori sifatli grafit qismlari odatda izostatik presslanadi. Butun bo'lak avval karbonlashtiriladi va keyin juda yuqori haroratlarda, 3000°C ga yaqin haroratda grafitlanadi. Ushbu butun bo'laklardan qayta ishlangan qismlar odatda yarimo'tkazgich sanoati talablariga javob berish uchun metall ifloslanishini olib tashlash uchun yuqori haroratlarda xlorli atmosferada tozalanadi. Biroq, to'g'ri tozalashdan keyin ham metall ifloslanish darajasi kremniy monokristalli materiallar uchun ruxsat etilganidan bir necha baravar yuqori. Shuning uchun, bu komponentlarning ifloslanishining eritma yoki kristall yuzasiga kirishiga yo'l qo'ymaslik uchun termal maydonni loyihalashda ehtiyot bo'lish kerak.
Grafit materiallari biroz o'tkazuvchan bo'lib, bu ichidagi qolgan metallning sirtga yetib borishini osonlashtiradi. Bundan tashqari, grafit yuzasi atrofidagi tozalash gazida mavjud bo'lgan kremniy oksidi ko'pgina materiallarga kirib, reaksiyaga kirishishi mumkin.
Dastlabki monokristalli kremniyli pech isitgichlari volfram va molibden kabi olovga chidamli metallardan yasalgan. Grafitni qayta ishlash texnologiyasining tobora rivojlanib borishi bilan grafit komponentlari orasidagi bog'lanishning elektr xususiyatlari barqarorlashdi va monokristalli kremniyli pech isitgichlari volfram, molibden va boshqa material isitgichlarini butunlay almashtirdi. Hozirgi vaqtda eng ko'p ishlatiladigan grafit materiali izostatik grafitdir. Mamlakatimning izostatik grafit tayyorlash texnologiyasi nisbatan orqada va mahalliy fotoelektr sanoatida ishlatiladigan grafit materiallarining aksariyati chet eldan import qilinadi. Xorijiy izostatik grafit ishlab chiqaruvchilari asosan Germaniyaning SGL, Yaponiyaning Tokai Carbon, Yaponiyaning Toyo Tanso va boshqalarni o'z ichiga oladi. Czochralski monokristalli kremniyli pechlarida ba'zan C/C kompozit materiallari qo'llaniladi va ular murvatlar, gaykalar, tigellar, yuk plitalari va boshqa komponentlarni ishlab chiqarishda qo'llanila boshlandi. Uglerod/uglerod (C/C) kompozitlari yuqori solishtirma mustahkamlik, yuqori solishtirma modul, past issiqlik kengayish koeffitsienti, yaxshi elektr o'tkazuvchanligi, yuqori sinish chidamliligi, past solishtirma tortishish kuchi, issiqlik zarbasiga chidamlilik, korroziyaga chidamlilik va yuqori haroratga chidamlilik kabi bir qator ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan uglerod asosidagi kompozitlardir. Hozirgi vaqtda ular aerokosmik, poyga, biomateriallar va boshqa sohalarda yangi yuqori haroratga chidamli strukturaviy materiallar sifatida keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda mahalliy C/C kompozitlari duch keladigan asosiy to'siqlar hali ham narx va sanoatlashtirish muammolari hisoblanadi.
Termal maydonlarni yaratish uchun boshqa ko'plab materiallar qo'llaniladi. Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan grafit yaxshiroq mexanik xususiyatlarga ega; ammo u qimmatroq va dizayn uchun boshqa talablarga ega.Kremniy karbidi (SiC)ko'p jihatdan grafitdan yaxshiroq materialdir, ammo u ancha qimmat va katta hajmli qismlarni tayyorlash qiyin. Biroq, SiC ko'pincha ... sifatida ishlatiladiCVD qoplamasikorroziyali kremniy oksidi gaziga duchor bo'lgan grafit qismlarining ishlash muddatini uzaytirish va grafitdan ifloslanishni kamaytirish mumkin. Zich CVD kremniy karbid qoplamasi mikrog'ovakli grafit materiali ichidagi ifloslantiruvchi moddalarning sirtga tushishini samarali ravishda oldini oladi.
Yana biri CVD uglerod bo'lib, u grafit qismi ustida zich qatlam hosil qilishi mumkin. Atrof-muhit bilan birga yashashi mumkin bo'lgan molibden yoki keramik materiallar kabi boshqa yuqori haroratga chidamli materiallar eritmani ifloslanish xavfi bo'lmagan joylarda ishlatilishi mumkin. Biroq, oksid keramikasi odatda yuqori haroratlarda grafit materiallariga nisbatan qo'llanilishi cheklangan va agar izolyatsiya zarur bo'lsa, boshqa variantlar kam. Ulardan biri olti burchakli bor nitridi (ba'zan o'xshash xususiyatlari tufayli oq grafit deb ataladi), ammo mexanik xususiyatlari yomon. Molibden odatda yuqori haroratli vaziyatlar uchun oqilona ishlatiladi, chunki uning o'rtacha narxi, kremniy kristallarida past diffuziya tezligi va taxminan 5×108 ga teng juda past ajratish koeffitsienti mavjud bo'lib, bu kristall tuzilishini yo'q qilishdan oldin ma'lum miqdorda molibden ifloslanishiga imkon beradi.
2. Issiqlik izolyatsiya materiallari
Eng ko'p ishlatiladigan izolyatsiya materiali turli shakllardagi uglerod kigizidir. Uglerod kigizi yupqa tolalardan yasalgan bo'lib, ular qisqa masofada issiqlik nurlanishini bir necha marta to'sib qo'ygani uchun izolyatsiya vazifasini bajaradi. Yumshoq uglerod kigizi nisbatan yupqa material varaqlariga to'qiladi, keyin ular kerakli shaklga kesiladi va oqilona radiusga mahkam egiladi. Qotgan kigizlar shunga o'xshash tolali materiallardan iborat bo'lib, tarqalgan tolalarni yanada mustahkam va shaklli buyumga ulash uchun uglerodli bog'lovchi ishlatiladi. Bog'lovchi o'rniga uglerodning kimyoviy bug' cho'kmasidan foydalanish materialning mexanik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin.
Odatda, issiqlik izolyatsiyasi qattiqlashtiruvchi kigizning tashqi yuzasi eroziya va aşınma, shuningdek, zarrachalar ifloslanishini kamaytirish uchun doimiy grafit qoplamasi yoki folga bilan qoplanadi. Uglerod asosidagi issiqlik izolyatsiya materiallarining boshqa turlari ham mavjud, masalan, uglerod ko'pik. Umuman olganda, grafitlangan materiallar, shubhasiz, afzalroqdir, chunki grafitlash tolaning sirt maydonini sezilarli darajada kamaytiradi. Ushbu yuqori sirt maydoniga ega materiallarning gazlanishi sezilarli darajada kamayadi va pechni mos vakuumga pompalash uchun kamroq vaqt talab etiladi. Yana biri - bu yengil vazn, yuqori shikastlanishga chidamlilik va yuqori mustahkamlik kabi ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan C/C kompozit material. Grafit qismlarini almashtirish uchun issiqlik maydonlarida foydalanish grafit qismlarini almashtirish chastotasini sezilarli darajada kamaytiradi, monokristal sifatini va ishlab chiqarish barqarorligini yaxshilaydi.
Xom ashyo tasnifiga ko'ra, uglerodli kigizni poliakrilonitril asosidagi uglerodli kigiz, viskoza asosidagi uglerodli kigiz va pitch asosidagi uglerodli kigizga bo'lish mumkin.
Poliakrilonitril asosidagi uglerodli kigiz tarkibida katta kul miqdori mavjud. Yuqori haroratda ishlov berilgandan so'ng, bitta tola mo'rt bo'lib qoladi. Ish paytida pech muhitini ifloslantirish uchun chang hosil qilish oson. Shu bilan birga, tola inson tanasining teshiklari va nafas olish yo'llariga osongina kirishi mumkin, bu esa inson salomatligi uchun zararli. Viskoza asosidagi uglerodli kigiz yaxshi issiqlik izolyatsiyasi ko'rsatkichlariga ega. Issiqlik bilan ishlov berilgandan so'ng u nisbatan yumshoq bo'ladi va chang hosil qilish oson emas. Biroq, viskoza asosidagi xom tolaning kesimi notekis va tola yuzasida ko'plab oluklar mavjud. CZ kremniy pechining oksidlovchi atmosferasi ostida C02 kabi gazlarni hosil qilish oson, bu esa monokristalli kremniy materialida kislorod va uglerod elementlarining cho'kishiga olib keladi. Asosiy ishlab chiqaruvchilar qatoriga Germaniyaning SGL va boshqa kompaniyalar kiradi. Hozirgi vaqtda yarimo'tkazgichli monokristalli sanoatda eng ko'p ishlatiladigan narsa - bu viskoza asosidagi uglerodli kigizga qaraganda issiqlik izolyatsiyasi ko'rsatkichlari yomonroq bo'lgan qatron asosidagi uglerodli kigiz, ammo qatron asosidagi uglerodli kigiz yuqori tozalikka va pastroq chang emissiyasiga ega. Ishlab chiqaruvchilar qatoriga Yaponiyaning Kureha Chemical va Osaka Gas kiradi.
Uglerodli kigizning shakli o'zgarmas bo'lgani uchun uni ishlatish noqulay. Hozirda ko'plab kompaniyalar uglerodli kigiz bilan quritilgan uglerodli kigizga asoslangan yangi issiqlik izolyatsiya materialini ishlab chiqdilar. Qattiq kigiz deb ham ataladigan quritilgan uglerodli kigiz yumshoq kigiz qatron bilan singdirilgandan, laminatlangandan, quritilgandan va karbonlashtirilgandan so'ng ma'lum bir shaklga va o'zini o'zi ta'minlaydigan xususiyatga ega bo'lgan uglerodli kigizdir.
Monokristalli kremniyning o'sish sifatiga bevosita issiqlik muhiti ta'sir qiladi va uglerod tolali issiqlik izolyatsiya materiallari bu muhitda muhim rol o'ynaydi. Uglerod tolali issiqlik izolyatsiyasi yumshoq kigiz o'zining narx afzalligi, ajoyib issiqlik izolyatsiyasi effekti, moslashuvchan dizayni va sozlanishi shakli tufayli fotovoltaik yarimo'tkazgichlar sanoatida hali ham sezilarli afzalliklarga ega. Bundan tashqari, uglerod tolali qattiq issiqlik izolyatsiyasi kigizi ma'lum bir mustahkamligi va yuqori operatsion qobiliyati tufayli issiqlik maydoni materiallari bozorida ko'proq rivojlanish maydoniga ega bo'ladi. Biz issiqlik izolyatsiyasi materiallari sohasida tadqiqotlar va ishlanmalarga sodiqmiz va fotovoltaik yarimo'tkazgichlar sanoatining gullab-yashnashi va rivojlanishini rag'batlantirish uchun mahsulot samaradorligini doimiy ravishda optimallashtiramiz.
Nashr vaqti: 2024-yil 12-iyun