Nghiên cứu điển hình: Các linh kiện than chì độ tinh khiết cao cho hệ thống nhiệt đơn tinh thể 32 inch trong quá trình phát triển silicon loại N

Giới thiệu: Thách thức về trường nhiệt 32 inch trong quá trình phát triển silicon loại N hiệu suất cao

Khi ngành công nghiệp quang điện chuyển đổi nhanh chóng từ pin mặt trời PERC loại P sang pin mặt trời TOPCon loại N và pin mặt trời dị thể (HJT), nhu cầu về tấm silicon có độ tinh khiết cao đã tăng vọt. Các chất nền silicon loại N yêu cầu thời gian sống của hạt tải điện thiểu số cực cao (thường >300 μs) và độ nhiễm tạp chất kim loại chuyển tiếp gần bằng không.

Để tăng năng suất, các nhà sản xuất tấm silicon đang mở rộng kích thước nồi nấu chảy lên đến 32 inch và hơn nữa. Tuy nhiên, việc vận hành ở nhiệt độ vượt quá 1.450°C trong không gian nhiệt 32 inch đặt ra những thách thức kỹ thuật nghiêm trọng:

1. Sự suy giảm nhiệt và tính bất đối xứng:Chênh lệch nhiệt độ cực lớn gây ra biến dạng cấu trúc và nứt vỡ trong các bộ phận gia nhiệt và bệ đỡ bằng than chì tiêu chuẩn.
2. Ô nhiễm kim loại dễ bay hơi:Các nguyên tố tạp chất vi lượng (Fe, Ni, Cu, V) trong than chì thông thường sẽ bay hơi trong quá trình kéo tinh thể kéo dài, di chuyển trực tiếp vào silic nóng chảy và gây ra sự suy giảm nghiêm trọng về thời gian sống của các hạt tải điện thiểu số.

Giải pháp kỹ thuật: Than chì đẳng tĩnh siêu tinh khiết và lớp chắn SiC CVD

Để khắc phục những trở ngại kỹ thuật này, VeTek Semiconductor đã triển khai một bản nâng cấp vật liệu toàn diện trên toàn bộ cụm mạch nhiệt 32 inch, bao gồm than chì đẳng tĩnh mật độ cao được xử lý bằng halogen ở nhiệt độ cao và lớp phủ bảo vệ Silicon Carbide (SiC) CVD.

1. Lọc sâu halogen (Hàm lượng tro ≤ 2-5 ppm)

Than chì công nghiệp tiêu chuẩn có hàm lượng tro dao động từ 50 ppm đến 200 ppm. Ở nhiệt độ 1.450°C trong môi trường chân không, các nguyên tố vi lượng này sẽ bay hơi. Quy trình tinh chế khí halogen ở nhiệt độ cao độc quyền của chúng tôi chuyển đổi các tạp chất kim loại thành các hợp chất halogen dễ bay hơi (clorua/florua) ở nhiệt độ trên 2.400°C.

• Kiểm tra bằng phương pháp đo phổ khối lượng phóng điện phát sáng (GDMS)Kiểm tra này xác nhận rằng tổng lượng tạp chất kim loại (Fe, Cr, Ni, Cu, V) được giảm xuống dưới 0,5 ppm, đạt được hàm lượng tro tổng thể ≤ 2 ppm.
• Kết quả:Loại bỏ sự hình thành khí kim loại nền, bảo vệ bể silicon nóng chảy khỏi bị nhiễm bẩn trong suốt hơn 120 giờ chu kỳ kéo liên tục.

2. Cấu trúc than chì đẳng tĩnh mật độ cao cho sự ổn định nhiệt

Các bộ phận bao gồm bộ phận gia nhiệt bằng than chì, giá đỡ nồi nung và thùng cách nhiệt được gia công từ than chì đẳng tĩnh mật độ cao (1,85 g/cm³), hạt mịn (kích thước hạt <10 μm). Quá trình ép đẳng tĩnh đảm bảo sự giãn nở nhiệt đẳng hướng đồng đều (CTE), ngăn ngừa ứng suất nhiệt cục bộ, biến dạng và nứt vỡ cơ học dưới các chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại.

3. Lớp phủ bảo vệ CVD Silicon Carbide (SiC)

Các bộ phận quan trọng tiếp xúc với hơi silicon và khí làm sạch ăn mòn được phủ một lớp silicon carbide (SiC) dày 50–80 μm bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD).

• Rào chắn chống ăn mòn:Ngăn chặn phản ứng hóa học trực tiếp giữa hơi silic dễ bay hơi (SiO) và chất nền than chì (SiO + 2C → SiC + CO), loại bỏ sự ăn mòn bề mặt và sự hình thành bụi carbon.
• Độ chính xác hình học:Duy trì hình dạng hình học trường nhiệt chính xác trong thời gian sử dụng dài hơn 30%.

Dữ liệu hiệu suất đo lường và xác thực thử nghiệm thực địa

Một cuộc thử nghiệm thực địa so sánh kéo dài 6 tháng đã được tiến hành trên 50 lò nung CZ 32 inch quy mô sản xuất tại một nhà máy sản xuất tấm bán dẫn silicon hàng đầu của TOPCon. Dưới đây là bảng so sánh hiệu suất giữa các linh kiện than chì tiêu chuẩn và giải pháp trường nhiệt tinh khiết của VeTek Semiconductor:

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Kết luận & Tham vấn kỹ thuật

Nâng cấp lên các linh kiện than chì đẳng tĩnh siêu tinh khiết với lớp bảo vệ CVD SiC cung cấp một lộ trình trực tiếp, có thể đo lường được để giải quyết các nút thắt về năng suất và tạp chất trong quá trình tăng trưởng silicon đơn tinh thể loại N 32 inch. Với sự cải thiện 18% về năng suất ban đầu và kéo dài 30% tuổi thọ trường nhiệt, các nhà sản xuất tấm wafer mặt trời có thể đạt được lợi tức đầu tư đáng kể.