Tillväxtprocessen av enkristallkisel utförs helt i det termiska fältet.Ett bra termiskt fält bidrar till att förbättra kristallkvaliteten och har hög kristalliseringseffektivitet.Utformningen av det termiska fältet bestämmer till stor del förändringarna och förändringarna i temperaturgradienter i det dynamiska termiska fältet.Flödet av gas i ugnskammaren och skillnaden i material som används i det termiska fältet bestämmer direkt livslängden för det termiska fältet.Ett orimligt utformat termiskt fält gör det inte bara svårt att odla kristaller som uppfyller kvalitetskraven, utan kan inte heller odla kompletta enkristaller under vissa processkrav.Det är därför som den monokristallina kiselindustrin i Czochralski betraktar termisk fältdesign som kärnteknologin och investerar enorma arbetskrafts- och materialresurser i termisk fältforskning och utveckling.
Det termiska systemet är sammansatt av olika termiska fältmaterial.Vi kommer bara kort att presentera de material som används inom det termiska området.När det gäller temperaturfördelningen i det termiska fältet och dess inverkan på kristalldragningen kommer vi inte att analysera den här.Det termiska fältmaterialet hänvisar till kristalltillväxtvakuumugnen.Strukturella och termiskt isolerade delar av kammaren, som är nödvändiga för att skapa rätt temperaturduk runt halvledarsmältan och kristallerna.
ett.termiska fält strukturella material
Det grundläggande stödmaterialet för odling av enkristallkisel med Czochralski-metoden är grafit med hög renhet.Grafitmaterial spelar en mycket viktig roll i modern industri.Vid framställning av enkristallkisel med Czochralski-metoden kan de användas som termiska fältstrukturkomponenter såsom värmare, styrrör, deglar, isoleringsrör och degelbrickor.
Grafitmaterial valdes på grund av dess lätthet att förbereda i stora volymer, bearbetbarhet och höga temperaturbeständighetsegenskaper.Kol i form av diamant eller grafit har en högre smältpunkt än något element eller förening.Grafitmaterial är ganska starkt, särskilt vid höga temperaturer, och dess elektriska och termiska ledningsförmåga är också ganska bra.Dess elektriska ledningsförmåga gör den lämplig som värmarmaterial, och den har en tillfredsställande värmeledningsförmåga som jämnt kan fördela värmen som genereras av värmaren till degeln och andra delar av värmefältet.Men vid höga temperaturer, särskilt över långa avstånd, är den huvudsakliga värmeöverföringen strålning.
Grafitdelar bildas initialt genom extrudering eller isostatisk pressning av fina kolhaltiga partiklar blandade med ett bindemedel.Högkvalitativa grafitdelar pressas vanligtvis isostatiskt.Hela biten karboniseras först och grafitiseras sedan vid mycket höga temperaturer, nära 3000°C.Delar bearbetade från dessa monoliter renas ofta i en klorhaltig atmosfär vid höga temperaturer för att avlägsna metallföroreningar för att uppfylla kraven från halvledarindustrin.Men även med korrekt rening är metallföroreningsnivåerna storleksordningar högre än vad som tillåts av enkristallmaterial av kisel.Därför måste försiktighet vidtas vid termisk fältdesign för att förhindra att förorening av dessa komponenter kommer in i smält- eller kristallytan.
Grafitmaterialet är lätt permeabelt, vilket gör att kvarvarande metall inuti lätt når ytan.Dessutom kan kiselmonoxiden som finns i reningsgasen runt grafitytan tränga djupt in i de flesta material och reagera.
Tidiga ugnsvärmare av enkristallkisel tillverkades av eldfasta metaller som volfram och molybden.När grafitbearbetningstekniken mognar blir de elektriska egenskaperna hos anslutningarna mellan grafitkomponenter stabila, och enkristallvärmare av kiselugn har helt ersatt volfram och molybden och andra materialvärmare.Det mest använda grafitmaterialet för närvarande är isostatisk grafit.semicera kan tillhandahålla högkvalitativa isostatiskt pressade grafitmaterial.
I Czochralski enkristallkiselugnar används ibland C/C-kompositmaterial, och de används nu för att tillverka bultar, muttrar, deglar, bärande plattor och andra komponenter.Kol/kol (c/c) kompositmaterial är kolfiberförstärkta kolbaserade kompositmaterial.De har hög specifik hållfasthet, hög specifik modul, låg värmeutvidgningskoefficient, god elektrisk ledningsförmåga, stor brottseghet, låg specifik vikt, termisk chockbeständighet, korrosionsbeständighet, Den har en rad utmärkta egenskaper såsom hög temperaturbeständighet och är för närvarande allmänt används inom flyg, racing, biomaterial och andra områden som en ny typ av högtemperaturbeständigt strukturmaterial.För närvarande är den största flaskhalsen som inhemska C/C-kompositmaterial möter kostnads- och industrialiseringsproblem.
Det finns många andra material som används för att skapa termiska fält.Kolfiberarmerad grafit har bättre mekaniska egenskaper;det är dock dyrare och ställer andra designkrav.Kiselkarbid (SiC) är ett bättre material än grafit på många sätt, men det är mycket dyrare och svårare att tillverka stora delar.SiC används dock ofta som en CVD-beläggning för att öka livslängden på grafitdelar som utsätts för aggressiv kiselmonoxidgas och även för att minska förorening från grafit.Den täta CVD-kiselkarbidbeläggningen förhindrar effektivt föroreningar inuti det mikroporösa grafitmaterialet från att nå ytan.
Den andra är CVD-kol, som också kan bilda ett tätt lager ovanpå grafitdelar.Andra högtemperaturbeständiga material, såsom molybden eller keramiska material som är kompatibla med miljön, kan användas där det inte finns någon risk för förorening av smältan.Oxidkeramik har dock begränsad lämplighet för direktkontakt med grafitmaterial vid höga temperaturer, vilket ofta lämnar få alternativ om isolering krävs.Den ena är hexagonal bornitrid (kallas ibland vit grafit på grund av liknande egenskaper), men den har dåliga mekaniska egenskaper.Molybden är i allmänhet rimligt för högtemperaturapplikationer på grund av dess måttliga kostnad, låga diffusivitet i kiselkristaller och låga segregationskoefficient, cirka 5 × 108, vilket tillåter viss molybdenkontamination innan kristallstrukturen förstörs.
två.Värmefältisoleringsmaterial
Det vanligaste isoleringsmaterialet är kolfilt i olika former.Kolfilt är gjord av tunna fibrer som fungerar som värmeisolering eftersom de blockerar värmestrålning många gånger över en kort sträcka.Mjuk kolfilt vävs till relativt tunna materialskivor som sedan skärs till önskad form och böjs hårt till en rimlig radie.Härdad filt är sammansatt av liknande fibermaterial, med hjälp av ett kolinnehållande bindemedel för att koppla ihop de dispergerade fibrerna till ett mer solidt och elegant föremål.Att använda kemisk ångavsättning av kol istället för bindemedel kan förbättra materialets mekaniska egenskaper.
Typiskt är den yttre ytan av isolerande härdad filt belagd med en kontinuerlig grafitbeläggning eller folie för att minska erosion och slitage samt partikelförorening.Andra typer av kolbaserade isoleringsmaterial finns också, såsom kolskum.I allmänhet är grafitiserade material klart föredragna eftersom grafitisering kraftigt minskar fiberns ytarea.Dessa material med stor yta tillåter mycket mindre avgasning och tar mindre tid att dra ugnen till ett korrekt vakuum.Den andra typen är C/C-kompositmaterial, som har enastående egenskaper som lätt vikt, hög skadetolerans och hög hållfasthet.Används i termiska områden för att ersätta grafitdelar, vilket avsevärt minskar utbytesfrekvensen för grafitdelar och förbättrar enkristallkvalitet och produktionsstabilitet.
Enligt klassificeringen av råvaror kan kolfilt delas in i polyakrylnitrilbaserad kolfilt, viskosbaserad kolfilt och asfaltbaserad kolfilt.
Polyakrylnitrilbaserad kolfilt har en hög askhalt och monofilamenten blir spröda efter högtemperaturbehandling.Under drift bildas lätt damm för att förorena ugnsmiljön.Samtidigt kommer fibrerna lätt in i mänskliga porer och andningsvägar, vilket skadar människors hälsa;viskosbaserad kolfilt Den har goda värmeisoleringsegenskaper, är relativt mjuk efter värmebehandling och är mindre benägen att producera damm.Tvärsnittet av de viskosbaserade strängarna har dock en oregelbunden form och det finns många raviner på fiberytan, vilket är lätt att bilda i närvaro av en oxiderande atmosfär i en Czochralski enkristallkiselugn.Gaser som CO2 orsakar utfällning av syre och kolelement i enkristallina kiselmaterial.De största tillverkarna är tyska SGL och andra företag.För närvarande är beckbaserad kolfilt den mest använda inom halvledarenkristallindustrin, och dess värmeisoleringsprestanda är bättre än den för klibbig kolfilt.Gummibaserad kolfilt är sämre, men asfaltbaserad kolfilt har högre renhet och lägre stoftutsläpp.Tillverkare inkluderar Japans Kureha Chemical, Osaka Gas, etc.
Eftersom formen på kolfilten inte är fixerad är den obekväm att använda.Nu har många företag tagit fram ett nytt värmeisoleringsmaterial baserat på kolfilt – härdad kolfilt.Härdad kolfilt kallas även hård filt.Det är en kolfilt som har en viss form och självhållbarhet efter att ha impregnerats med harts, laminerats, stelnat och karboniserats.
Tillväxtkvaliteten hos enkristallkisel påverkas direkt av den termiska fältmiljön, och kolfiberisoleringsmaterial spelar en nyckelroll i denna miljö.Kolfiber värmeisolerande mjuk filt upptar fortfarande en betydande fördel i den solcellshalvledarindustrin på grund av dess kostnadsfördelar, utmärkta värmeisoleringseffekt, flexibel design och anpassningsbara form.Dessutom kommer styv isoleringsfilt av kolfiber att ha större utrymme för utveckling på marknaden för termiska fältmaterial på grund av dess bestämda styrka och högre funktionsförmåga.Vi är engagerade i forskning och utveckling inom området för värmeisoleringsmaterial och optimerar kontinuerligt produktens prestanda för att främja välståndet och utvecklingen av solcellshalvledarindustrin.
Posttid: 15 maj 2024