Tek kristal silikonun büyüme süreci tamamen termal alanda gerçekleştirilir. İyi bir termal alan, kristal kalitesinin iyileştirilmesine yardımcı olur ve yüksek kristalizasyon verimliliğine sahiptir. Termal alanın tasarımı, dinamik termal alandaki sıcaklık gradyanlarındaki değişiklikleri ve değişiklikleri büyük ölçüde belirler. Fırın odasındaki gaz akışı ve termal alanda kullanılan malzemelerin farklılığı, termal alanın kullanım ömrünü doğrudan belirler. Makul olmayan şekilde tasarlanmış bir termal alan, yalnızca kalite gereksinimlerini karşılayan kristallerin yetiştirilmesini zorlaştırmakla kalmaz, aynı zamanda belirli işlem gereksinimleri altında tek kristallerin tamamının büyütülmesini de engeller. Czochralski monokristalin silikon endüstrisinin termal alan tasarımını çekirdek teknoloji olarak görmesinin ve termal alan araştırma ve geliştirmesine büyük insan gücü ve malzeme kaynaklarına yatırım yapmasının nedeni budur.
Termal sistem çeşitli termal alan malzemelerinden oluşur. Sadece termal alanda kullanılan malzemeleri kısaca tanıtacağız. Termal alandaki sıcaklık dağılımı ve bunun kristal çekme üzerindeki etkisine gelince, onu burada analiz etmeyeceğiz. Termal alan malzemesi kristal büyütme vakum fırınını ifade eder. Yarı iletken eriyik ve kristallerin etrafında uygun sıcaklık örtüsünü oluşturmak için gerekli olan odanın yapısal ve termal olarak yalıtılmış kısımları.
bir. termal alan yapısal malzemeleri
Czochralski yöntemiyle tek kristal silikon yetiştirmek için temel destek malzemesi yüksek saflıkta grafittir. Grafit malzemeler modern endüstride çok önemli bir rol oynamaktadır. Czochralski yöntemiyle tek kristal silikonun hazırlanmasında ısıtıcılar, kılavuz tüpler, potalar, izolasyon tüpleri ve pota tepsileri gibi termal alan yapısal bileşenleri olarak kullanılabilirler.
Grafit malzeme, büyük hacimlerde hazırlanabilme kolaylığı, işlenebilirlik ve yüksek ısıya dayanım özellikleri nedeniyle tercih edilmiştir. Elmas veya grafit formundaki karbon, herhangi bir element veya bileşikten daha yüksek bir erime noktasına sahiptir. Grafit malzeme özellikle yüksek sıcaklıklarda oldukça dayanıklı olup, elektrik ve ısı iletkenliği de oldukça iyidir. Elektriksel iletkenliği onu bir ısıtıcı malzeme olarak uygun kılar ve ısıtıcının ürettiği ısıyı potaya ve termal alanın diğer kısımlarına eşit şekilde dağıtabilen tatmin edici bir termal iletkenliğe sahiptir. Ancak yüksek sıcaklıklarda, özellikle uzun mesafelerde, ısı transferinin ana yolu radyasyondur.
Grafit parçalar başlangıçta bir bağlayıcıyla karıştırılmış ince karbonlu parçacıkların ekstrüzyonu veya izostatik preslenmesiyle oluşturulur. Yüksek kaliteli grafit parçalar genellikle izostatik olarak preslenir. Parçanın tamamı önce karbonlaştırılır ve ardından 3000°C'ye yakın çok yüksek sıcaklıklarda grafitleştirilir. Bu monolitlerden işlenen parçalar, yarı iletken endüstrisi gereksinimlerine uymak amacıyla metal kirliliğini gidermek için genellikle yüksek sıcaklıklarda klor içeren bir atmosferde saflaştırılır. Bununla birlikte, uygun saflaştırma yapılsa bile metal kirlenme seviyeleri, silikon tek kristalli malzemelerin izin verdiğinden daha yüksek mertebelerdedir. Bu nedenle, bu bileşenlerin kirlenmesinin eriyik veya kristal yüzeyine girmesini önlemek için termal alan tasarımında dikkatli olunmalıdır.
Grafit malzeme hafif geçirgen olduğundan içeride kalan metalin yüzeye kolayca ulaşmasını sağlar. Ek olarak, grafit yüzeyinin etrafındaki temizleme gazında bulunan silikon monoksit çoğu malzemenin derinliklerine nüfuz edebilir ve reaksiyona girebilir.
İlk tek kristalli silikon fırın ısıtıcıları, tungsten ve molibden gibi refrakter metallerden yapılmıştır. Grafit işleme teknolojisi geliştikçe, grafit bileşenleri arasındaki bağlantıların elektriksel özellikleri stabil hale geldi ve tek kristal silikon fırın ısıtıcıları, tungsten, molibden ve diğer malzeme ısıtıcılarının yerini tamamen aldı. Günümüzde en yaygın kullanılan grafit malzemesi izostatik grafittir. semicera yüksek kalitede izostatik olarak preslenmiş grafit malzemeler sağlayabilir.
Czochralski tek kristal silikon fırınlarında bazen C/C kompozit malzemeler kullanılmaktadır ve şu anda cıvata, somun, pota, yük taşıyan plakalar ve diğer bileşenlerin üretiminde kullanılmaktadır. Karbon/karbon (c/c) kompozit malzemeler, karbon fiber takviyeli karbon bazlı kompozit malzemelerdir. Yüksek özgül mukavemete, yüksek özgül modüle, düşük termal genleşme katsayısına, iyi elektrik iletkenliğine, büyük kırılma tokluğuna, düşük özgül ağırlığa, termal şok direncine, korozyon direncine sahiptirler. Yüksek sıcaklık direnci gibi bir dizi mükemmel özelliğe sahiptirler ve şu anda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Havacılık, yarış, biyomalzemeler ve diğer alanlarda yüksek sıcaklığa dayanıklı yeni bir yapısal malzeme türü olarak kullanılır. Şu anda yerli C/C kompozit malzemelerin karşılaştığı ana darboğaz maliyet ve sanayileşme sorunlarıdır.
Termal alanlar oluşturmak için kullanılan birçok başka malzeme vardır. Karbon fiberle güçlendirilmiş grafit daha iyi mekanik özelliklere sahiptir; ancak daha pahalıdır ve başka tasarım gereksinimleri gerektirir. Silisyum karbür (SiC), birçok açıdan grafitten daha iyi bir malzemedir ancak büyük hacimli parçaların imalatı çok daha pahalı ve zordur. Ancak SiC, agresif silikon monoksit gazına maruz kalan grafit parçaların ömrünü uzatmak ve ayrıca grafitten kaynaklanan kirlenmeyi azaltmak için sıklıkla CVD kaplama olarak kullanılır. Yoğun CVD silisyum karbür kaplama, mikro gözenekli grafit malzemenin içindeki kirletici maddelerin yüzeye ulaşmasını etkili bir şekilde önler.
Diğeri ise grafit parçaların üzerinde yoğun bir katman oluşturabilen CVD karbondur. Eriyiğin kirlenme riskinin olmadığı durumlarda molibden veya çevreyle uyumlu seramik malzemeler gibi yüksek sıcaklığa dayanıklı diğer malzemeler kullanılabilir. Bununla birlikte, oksit seramiklerin yüksek sıcaklıklarda grafit malzemelerle doğrudan temasa uygunluğu sınırlıdır ve izolasyon gerektiğinde genellikle birkaç alternatif bırakır. Bunlardan biri altıgen bor nitrürdür (benzer özelliklerinden dolayı bazen beyaz grafit olarak da adlandırılır), ancak mekanik özellikleri zayıftır. Molibden, makul maliyeti, silikon kristallerindeki düşük yayılımı ve kristal yapısını bozmadan önce bir miktar molibden kirlenmesine izin veren yaklaşık 5 x 108'lik düşük ayrışma katsayısı nedeniyle yüksek sıcaklık uygulamaları için genellikle makuldür.
iki. Termal alan yalıtım malzemeleri
En yaygın kullanılan yalıtım malzemesi çeşitli formlardaki karbon keçedir. Karbon keçe, termal radyasyonu kısa mesafede birçok kez engellediği için ısı yalıtımı görevi gören ince liflerden yapılmıştır. Yumuşak karbon keçe, nispeten ince malzeme tabakaları halinde dokunur, bunlar daha sonra istenen şekilde kesilir ve makul bir yarıçapa kadar sıkıca bükülür. Kürlenmiş keçe, dağılmış elyafları daha sağlam ve şık bir nesneye bağlamak için karbon içeren bir bağlayıcı kullanan benzer elyaf malzemelerden oluşur. Bağlayıcılar yerine karbonun kimyasal buhar biriktirilmesinin kullanılması malzemenin mekanik özelliklerini geliştirebilir.
Tipik olarak, kürlenmiş yalıtım keçesinin dış yüzeyi, erozyon ve aşınmanın yanı sıra partikül kirliliğini azaltmak için sürekli bir grafit kaplama veya folyo ile kaplanır. Karbon köpüğü gibi başka karbon bazlı yalıtım malzemeleri de mevcuttur. Genel olarak grafitleştirilmiş malzemeler açıkça tercih edilir çünkü grafitleştirme fiberin yüzey alanını büyük ölçüde azaltır. Bu yüksek yüzey alanlı malzemeler çok daha az gaz çıkışına izin verir ve fırının uygun vakuma çekilmesi daha az zaman alır. Diğer tip ise hafiflik, yüksek hasar toleransı ve yüksek mukavemet gibi üstün özelliklere sahip olan C/C kompozit malzemedir. Grafit parçaların değiştirilmesi için termal alanlarda kullanılır; bu, grafit parçaların değiştirilme sıklığını önemli ölçüde azaltır ve tek kristal kalitesini ve üretim stabilitesini artırır.
Hammaddelerin sınıflandırmasına göre karbon keçe, poliakrilonitril bazlı karbon keçe, viskon bazlı karbon keçe ve asfalt bazlı karbon keçeye ayrılabilir.
Poliakrilonitril bazlı karbon keçe büyük bir kül içeriğine sahiptir ve monofilamentler yüksek sıcaklıkta işlemden sonra kırılgan hale gelir. Çalışma sırasında fırın ortamını kirletecek toz kolayca üretilir. Aynı zamanda lifler kolaylıkla insanın gözeneklerine ve solunum yollarına girerek insan sağlığına zarar verir; viskon bazlı karbon keçe İyi ısı yalıtım özelliklerine sahiptir, ısıl işlemden sonra nispeten yumuşaktır ve toz üretme olasılığı daha azdır. Bununla birlikte, viskon bazlı şeritlerin enine kesiti düzensiz bir şekle sahiptir ve fiber yüzeyinde çok sayıda vadi bulunur; bu, Czochralski tek kristalli silikon fırınında oksitleyici bir atmosferin varlığında oluşturulması kolaydır. CO2 gibi gazlar tek kristalli silikon malzemelerde oksijen ve karbon elementlerinin çökelmesine neden olur. Ana üreticiler arasında Alman SGL ve diğer şirketler bulunmaktadır. Şu anda yarı iletken tek kristal endüstrisinde en yaygın kullanılan zift bazlı karbon keçedir ve ısı yalıtım performansı yapışkan karbon keçeden daha iyidir. Sakız bazlı karbon keçe daha düşüktür, ancak asfalt bazlı karbon keçe daha yüksek saflığa ve daha düşük toz emisyonuna sahiptir. Üreticiler arasında Japonya'nın Kureha Chemical, Osaka Gas vb. şirketleri bulunmaktadır.
Karbon keçenin şekli sabit olmadığından çalıştırılması sakıncalıdır. Artık birçok şirket, karbon keçe ile kürlenmiş karbon keçeye dayalı yeni bir ısı yalıtım malzemesi geliştirdi. Kürlenmiş karbon keçeye sert keçe de denir. Reçine ile emprenye edildikten, lamine edildikten, katılaştırıldıktan ve karbonlaştırıldıktan sonra belirli bir şekle ve kendi kendine sürdürülebilirliğe sahip olan karbon keçesidir.
Tek kristal silikonun büyüme kalitesi termal alan ortamından doğrudan etkilenir ve karbon fiber yalıtım malzemeleri bu ortamda önemli bir rol oynar. Karbon fiber ısı yalıtımlı yumuşak keçe, maliyet avantajları, mükemmel ısı yalıtım etkisi, esnek tasarımı ve özelleştirilebilir şekli nedeniyle fotovoltaik yarı iletken endüstrisinde hala önemli bir avantaja sahiptir. Ek olarak, karbon fiber sert yalıtım keçesi, belirli mukavemeti ve daha yüksek çalışabilirliği nedeniyle termal alan malzemesi pazarında daha fazla gelişme alanına sahip olacaktır. Isı yalıtım malzemeleri alanında araştırma ve geliştirmeye kendimizi adadık ve fotovoltaik yarı iletken endüstrisinin refahını ve gelişimini desteklemek için ürün performansını sürekli olarak optimize ediyoruz.
Gönderim zamanı: Mayıs-15-2024