Монокристалды кремнийдің өсу процесі толығымен термиялық өрісте жүзеге асырылады. Жақсы жылу өрісі кристалл сапасын жақсартуға ықпал етеді және жоғары кристалдану тиімділігіне ие. Жылу өрісінің конструкциясы негізінен динамикалық жылу өрісіндегі температура градиенттерінің өзгерістері мен өзгерістерін анықтайды. Пеш камерасындағы газ ағыны және жылу өрісінде қолданылатын материалдардың айырмашылығы жылу өрісінің қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды. Негізсіз жобаланған жылу өрісі сапа талаптарына сәйкес келетін кристалдарды өсіруді қиындатып қана қоймайды, сонымен қатар белгілі бір технологиялық талаптарда толық монокристалдарды өсіре алмайды. Сондықтан Чехральскийдің монокристалды кремний өнеркәсібі жылу өрісін жобалауды негізгі технология ретінде қарастырады және жылу өрісін зерттеу мен әзірлеуге үлкен жұмыс күші мен материалдық ресурстарды инвестициялайды.
Жылу жүйесі әртүрлі жылу өрісінің материалдарынан тұрады. Біз тек жылу өрісінде қолданылатын материалдармен қысқаша таныстырамыз. Жылу өрісіндегі температураның таралуына және оның кристалды тартуға әсеріне келетін болсақ, біз оны мұнда талдамаймыз. Термиялық өріс материалы кристалды өсіретін вакуумдық пешке жатады. Жартылай өткізгіш балқымалар мен кристалдардың айналасында тиісті температуралық матаны жасау үшін маңызды камераның құрылымдық және жылу оқшауланған бөліктері.
бір. жылу өрісінің құрылымдық материалдары
Чохральский әдісі бойынша монокристалды кремнийді өсіруге арналған негізгі тірек материалы жоғары таза графит болып табылады. Графит материалдары қазіргі өнеркәсіпте өте маңызды рөл атқарады. Чохральский әдісімен монокристалды кремнийді дайындау кезінде оларды қыздырғыштар, бағыттаушы түтіктер, тигельдер, оқшаулағыш түтіктер және тигель науалары сияқты жылу өрісінің құрылымдық компоненттері ретінде пайдалануға болады.
Графит материалы үлкен көлемде дайындалудың қарапайымдылығына, өңдеуге қабілеттілігіне және жоғары температураға төзімділік қасиеттеріне байланысты таңдалды. Алмаз немесе графит түріндегі көміртегі кез келген элементке немесе қосылысқа қарағанда жоғары балқу температурасына ие. Графит материалы өте күшті, әсіресе жоғары температурада және оның электр және жылу өткізгіштігі де өте жақсы. Оның электр өткізгіштігі оны қыздырғыш материал ретінде қолайлы етеді және жылытқыштың шығаратын жылуын тигельге және жылу өрісінің басқа бөліктеріне біркелкі тарата алатын қанағаттанарлық жылу өткізгіштікке ие. Бірақ жоғары температурада, әсіресе ұзақ қашықтықта, жылу берудің негізгі режимі радиация болып табылады.
Графит бөлшектері бастапқыда байланыстырғышпен араласқан ұсақ көміртекті бөлшектерді экструзия немесе изостатикалық престеу арқылы қалыптасады. Жоғары сапалы графит бөліктері әдетте изостатикалық түрде басылады. Бүкіл кесек алдымен көміртектеледі, содан кейін өте жоғары температурада, 3000 ° C-қа жақын графиттенеді. Бұл монолиттерден өңделген бөлшектер көбінесе жартылай өткізгіш өнеркәсібінің талаптарына сәйкес металл ластануын жою үшін жоғары температурада хлоры бар атмосферада тазартылады. Дегенмен, тіпті дұрыс тазартылған жағдайда да, металл ластану деңгейлері кремний монокристалды материалдармен рұқсат етілгеннен жоғары. Сондықтан, бұл компоненттердің ластануының балқыма немесе кристалдың бетіне түсуіне жол бермеу үшін жылу өрісін жобалауда мұқият болу керек.
Графит материалы аздап өткізгіш, бұл ішіндегі қалған металдың бетіне оңай жетуіне мүмкіндік береді. Сонымен қатар, графит бетінің айналасындағы тазарту газында болатын кремний тотығы көптеген материалдарға терең еніп, реакцияға түсе алады.
Ертедегі монокристалды кремний пешінің жылытқыштары вольфрам және молибден сияқты отқа төзімді металдардан жасалған. Графитті өңдеу технологиясы жетілген сайын графит компоненттері арасындағы байланыстардың электрлік қасиеттері тұрақты болады және монокристалды кремний пешінің жылытқыштары вольфрам мен молибденді және басқа материалды жылытқыштарды толығымен ауыстырды. Қазіргі уақытта ең көп қолданылатын графит материалы изостатикалық графит болып табылады. semicera жоғары сапалы изостатикалық пресстелген графит материалдарын қамтамасыз ете алады.
Цочральскидегі монокристалды кремний пештерінде кейде C/C композиттік материалдар пайдаланылады және қазір болттар, гайкалар, тигельдер, жүк көтергіш пластиналар және басқа компоненттерді өндіру үшін пайдаланылады. Көміртекті/көміртекті (c/c) композициялық материалдар көміртекті талшықты күшейтілген көміртегі негізіндегі композиттік материалдар болып табылады. Олар жоғары меншікті беріктікке, жоғары меншікті модульге, төмен жылу кеңею коэффициентіне, жақсы электр өткізгіштікке, үлкен сынуға төзімділікке, төмен меншікті ауырлыққа, термиялық соққыға төзімділікке, коррозияға төзімділікке ие. Ол жоғары температураға төзімділік сияқты тамаша қасиеттерге ие және қазіргі уақытта кең таралған. аэроғарыш, жарыс, биоматериалдар және басқа салаларда жоғары температураға төзімді құрылымдық материалдың жаңа түрі ретінде қолданылады. Қазіргі уақытта отандық C/C композиттік материалдары кездесетін негізгі кедергі - бұл шығындар мен индустрияландыру мәселелері.
Жылу өрістерін жасау үшін қолданылатын көптеген басқа материалдар бар. Көміртекті талшықты күшейтілген графит жақсы механикалық қасиеттерге ие; дегенмен ол қымбатырақ және басқа дизайн талаптарын қояды. Кремний карбиді (SiC) көптеген жағынан графитке қарағанда жақсы материал, бірақ ол әлдеқайда қымбат және үлкен көлемді бөлшектерді жасау қиын. Дегенмен, SiC агрессивті кремний тотығы газының әсеріне ұшыраған графит бөліктерінің қызмет ету мерзімін ұзарту, сондай-ақ графиттің ластануын азайту үшін жиі CVD жабыны ретінде пайдаланылады. Тығыз CVD кремний карбиді жабыны микрокеуекті графит материалының ішіндегі ластаушы заттардың бетіне жетуін тиімді болдырмайды.
Екіншісі - CVD көміртегі, ол сонымен қатар графит бөліктерінің үстінде тығыз қабат құра алады. Қоршаған ортамен үйлесімді молибден немесе керамикалық материалдар сияқты басқа жоғары температураға төзімді материалдарды балқыманың ластану қаупі жоқ жерде пайдалануға болады. Дегенмен, оксидті керамика жоғары температурада графиттік материалдармен тікелей жанасу үшін шектеулі жарамдылыққа ие, көбінесе оқшаулау қажет болған жағдайда бірнеше балама қалдырады. Біреуі алтыбұрышты бор нитриді (кейде ұқсас қасиеттеріне байланысты ақ графит деп аталады), бірақ оның механикалық қасиеттері нашар. Молибден әдетте жоғары температурада қолдану үшін қолайлы, өйткені оның қалыпты құны, кремний кристалдарындағы төмен диффузиялық және төмен сегрегация коэффициенті, шамамен 5 × 108, бұл кристал құрылымын бұзғанға дейін молибденнің кейбір ластануына мүмкіндік береді.
екі. Жылу өрісінің оқшаулағыш материалдары
Ең жиі қолданылатын оқшаулау материалы әртүрлі формадағы көміртекті киіз болып табылады. Көміртекті киіз жылу оқшаулағышы ретінде әрекет ететін жұқа талшықтардан жасалған, өйткені олар жылу сәулеленуін қысқа қашықтықта бірнеше рет жауып тастайды. Жұмсақ көміртекті киіз материалдың салыстырмалы түрде жұқа парақтарына тоқылады, содан кейін олар қажетті пішінге кесіледі және ақылға қонымды радиусқа тығыз бүгіледі. Кептірілген киіз дисперсті талшықтарды қатты және стильді нысанға қосу үшін құрамында көміртегі бар байланыстырғышты пайдаланып, ұқсас талшық материалдарынан тұрады. Тұтқырлардың орнына көміртектің химиялық буларын тұндыру материалдың механикалық қасиеттерін жақсартуға мүмкіндік береді.
Әдетте, оқшаулағыш өңделген киіздің сыртқы беті эрозия мен тозуды, сондай-ақ бөлшектердің ластануын азайту үшін үздіксіз графит жабынымен немесе фольгамен жабылады. Көміртекті көбік сияқты көміртекті оқшаулағыш материалдардың басқа түрлері де бар. Жалпы алғанда, графиттелген материалдарға артықшылық беріледі, өйткені графитизация талшықтың бетінің ауданын айтарлықтай азайтады. Бұл жоғары беттік материалдар газды әлдеқайда аз шығаруға мүмкіндік береді және пешті тиісті вакуумға тарту үшін аз уақыт алады. Басқа түрі - жеңіл салмақ, жоғары зақымға төзімділік және жоғары беріктік сияқты көрнекті ерекшеліктері бар C/C композиттік материал. Графит бөліктерін ауыстыру үшін жылу өрістерінде қолданылады, бұл графит бөліктерін ауыстыру жиілігін айтарлықтай төмендетеді және монокристалды сапасы мен өндіріс тұрақтылығын жақсартады.
Шикізаттың жіктелуі бойынша көміртекті киізді полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киіз, вискоза негізіндегі көміртекті киіз және асфальт негізіндегі көміртекті киіз деп бөлуге болады.
Полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті киіздің күлі көп, ал моножіптер жоғары температурада өңдеуден кейін сынғыш болады. Жұмыс кезінде пештің ортасын ластау үшін шаң оңай пайда болады. Сонымен қатар, талшықтар адамның тесіктеріне және тыныс алу жолдарына оңай еніп, адам денсаулығына зиян келтіреді; вискоза негізіндегі көміртекті киіз Ол жақсы жылу оқшаулау қасиеттеріне ие, термиялық өңдеуден кейін салыстырмалы түрде жұмсақ және шаң шығару ықтималдығы аз. Дегенмен, вискоза негізіндегі жіптердің көлденең қимасы біркелкі емес пішінге ие және талшық бетінде көптеген жыралар бар, олар Цохральский монокристалды кремний пешінде тотықтырғыш атмосфераның қатысуымен оңай түзіледі. CO2 сияқты газдар монокристалды кремний материалдарында оттегі мен көміртегі элементтерінің тұнбасын тудырады. Негізгі өндірушілерге неміс SGL және басқа компаниялар кіреді. Қазіргі уақытта қадам негізіндегі көміртекті киіз жартылай өткізгішті монокристалды өнеркәсібінде ең көп қолданылады және оның жылу оқшаулау көрсеткіштері жабысқақ көміртекті киізге қарағанда жақсырақ. Сағыз негізіндегі көміртекті киіздің сапасы төмен, бірақ асфальт негізіндегі көміртекті киіздің тазалығы жоғары және шаң шығаруы төмен. Өндірушілер Жапонияның Kureha Chemical, Osaka Gas және т.б.
Көміртекті киіздің пішіні бекітілмегендіктен, оны пайдалану ыңғайсыз. Қазір көптеген компаниялар көміртекті киізге негізделген жаңа жылу оқшаулағыш материалды әзірледі - өңделген көміртекті киіз. Кептірілген көміртекті киізді қатты киіз деп те атайды. Бұл шайырмен сіңдірілгеннен кейін, ламинатталған, қатып қалған және көміртектіленгеннен кейін белгілі бір пішіні және өздігінен тұрақтылығы бар көміртекті киіз.
Монокристалды кремнийдің өсу сапасына жылу өрісі ортасы тікелей әсер етеді және көміртекті талшықты оқшаулағыш материалдар осы ортада негізгі рөл атқарады. Көміртекті талшықты жылу оқшаулағыш жұмсақ киіз әлі күнге дейін фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде өзіндік құнының артықшылығына, тамаша жылу оқшаулау эффектісіне, икемді дизайнына және теңшелетін пішініне байланысты айтарлықтай артықшылыққа ие. Сонымен қатар, көміртекті талшықты қатты оқшаулағыш киіз оның белгілі бір беріктігі мен жоғары жұмыс қабілеттілігіне байланысты жылу өрісі материалдары нарығында даму үшін көбірек орынға ие болады. Біз жылу оқшаулағыш материалдар саласындағы зерттеулер мен әзірлемелерге және фотоэлектрлік жартылай өткізгіштер өнеркәсібінің гүлденуі мен дамуына ықпал ету үшін өнімнің өнімділігін үздіксіз оңтайландыруға ұмтыламыз.
Хабарлама уақыты: 15 мамыр 2024 ж