Ühekristallilise räni kasvuprotsess viiakse täielikult läbi soojusväljas.Hea soojusväli aitab parandada kristallide kvaliteeti ja sellel on kõrge kristallimise efektiivsus.Soojusvälja konstruktsioon määrab suuresti dünaamilise soojusvälja temperatuurigradientide muutused ja muutused.Gaasi vool ahjukambris ja soojusväljas kasutatavate materjalide erinevus määravad otseselt soojusvälja kasutusea.Ebamõistlikult kavandatud soojusväli mitte ainult ei raskenda kvaliteedinõuetele vastavate kristallide kasvatamist, vaid ei suuda ka teatud protsessinõuete kohaselt kasvatada terviklikke üksikkristalle.Seetõttu peab Czochralski monokristallilise räni tööstus soojusväljade kujundamist põhitehnoloogiaks ning investeerib soojusväljade uurimis- ja arendustegevusse tohutult tööjõudu ja materiaalseid ressursse.
Soojussüsteem koosneb erinevatest soojusvälja materjalidest.Tutvustame vaid lühidalt soojusväljas kasutatavaid materjale.Mis puudutab temperatuuri jaotust soojusväljas ja selle mõju kristallide tõmbamisele, siis me seda siin ei analüüsi.Soojusvälja materjal viitab kristallide kasvatamise vaakumahjule.Kambri struktuursed ja soojusisolatsiooniga osad, mis on olulised õige temperatuuriga riide loomiseks pooljuhtide sulatise ja kristallide ümber.
üks.soojusvälja konstruktsioonimaterjalid
Czochralski meetodil monokristallilise räni kasvatamise põhiliseks tugimaterjaliks on kõrge puhtusastmega grafiit.Grafiitmaterjalid mängivad kaasaegses tööstuses väga olulist rolli.Monokristallilise räni valmistamisel Czochralski meetodil saab neid kasutada termilise välja struktuurikomponentidena, nagu küttekehad, juhttorud, tiiglid, isolatsioonitorud ja tiiglialused.
Grafiitmaterjal valiti tänu selle valmistamise lihtsusele suurtes kogustes, töödeldavuse ja kõrge temperatuuritaluvuse omaduste tõttu.Teemanti või grafiidi kujul oleval süsinikul on kõrgem sulamistemperatuur kui mis tahes elemendil või ühendil.Grafiitmaterjal on üsna tugev, eriti kõrgetel temperatuuridel, samuti on selle elektri- ja soojusjuhtivus üsna hea.Selle elektrijuhtivus muudab selle sobivaks küttekeha materjaliks ja sellel on rahuldav soojusjuhtivus, mis suudab ühtlaselt jaotada küttekeha tekitatud soojuse tiiglisse ja muudesse soojusvälja osadesse.Kuid kõrgel temperatuuril, eriti pikkade vahemaade korral, on peamine soojusülekande viis kiirgus.
Grafiidiosad moodustatakse algselt sideainega segatud peente süsinikuosakeste ekstrusiooni või isostaatilise pressimise teel.Kvaliteetsed grafiitdetailid pressitakse tavaliselt isostaatiliselt.Kogu tükk esmalt karboniseeritakse ja seejärel grafitiseeritakse väga kõrgel temperatuuril, 3000°C lähedal.Nendest monoliitidest töödeldud osi puhastatakse sageli kloori sisaldavas atmosfääris kõrgel temperatuuril, et eemaldada metallist saastumine, et täita pooljuhttööstuse nõudeid.Kuid isegi korraliku puhastamise korral on metallide saastatuse tase suurusjärgus kõrgem, kui räni monokristallmaterjalid lubavad.Seetõttu tuleb soojusvälja kujundamisel olla ettevaatlik, et vältida nende komponentide saastumist sulatise või kristalli pinnale.
Grafiitmaterjal on kergelt läbilaskev, mis võimaldab seesjäänud metallil kergesti pinnale jõuda.Lisaks võib grafiitpinda ümbritsevas puhastusgaasis sisalduv ränimonooksiid tungida sügavale enamikesse materjalidesse ja reageerida.
Varased monokristall-räni ahjuküttekehad valmistati tulekindlatest metallidest, nagu volfram ja molübdeen.Grafiidi töötlemise tehnoloogia küpsedes muutuvad grafiidikomponentide vaheliste ühenduste elektrilised omadused stabiilseks ning monokristall-räni ahjuküttekehad on täielikult asendanud volframi ja molübdeeni ning muude materjalide küttekehad.Praegu kõige laialdasemalt kasutatav grafiitmaterjal on isostaatiline grafiit.semicera suudab pakkuda kvaliteetseid isostaatiliselt pressitud grafiitmaterjale.
Czochralski monokristall-räni ahjudes kasutatakse mõnikord C/C komposiitmaterjale ning nüüd kasutatakse neid poltide, mutrite, tiiglite, kandeplaatide ja muude komponentide tootmiseks.Süsinik/süsinik (c/c) komposiitmaterjalid on süsinikkiuga tugevdatud süsinikupõhised komposiitmaterjalid.Neil on kõrge eritugevus, kõrge erimoodul, madal soojuspaisumise koefitsient, hea elektrijuhtivus, suur purunemiskindlus, madal erikaal, vastupidavus termilisele löögile, korrosioonikindlus, sellel on mitmeid suurepäraseid omadusi, nagu kõrge temperatuuritaluvus, ja seda kasutatakse praegu laialdaselt. kasutatakse lennunduses, võidusõidus, biomaterjalides ja muudes valdkondades uut tüüpi kõrge temperatuurikindla konstruktsioonimaterjalina.Praegu on kodumaiste C/C komposiitmaterjalide peamine kitsaskoht kulu ja industrialiseerimisega seotud probleemid.
Soojusväljade loomiseks kasutatakse palju muid materjale.Süsinikkiuga tugevdatud grafiidil on paremad mehaanilised omadused;see on aga kallim ja seab konstruktsioonile muid nõudeid.Ränikarbiid (SiC) on paljuski parem materjal kui grafiit, kuid see on palju kallim ja suuremahuliste detailide valmistamine keerulisem.Kuid ränidioksiidi kasutatakse sageli CVD-kattena, et pikendada agressiivse ränimonooksiidigaasiga kokkupuutuvate grafiidiosade eluiga ja vähendada ka grafiidist tulenevat saastumist.Tihe CVD ränikarbiidkate takistab tõhusalt mikropoorse grafiitmaterjali sees olevate saasteainete pinnale jõudmist.
Teine on CVD-süsinik, mis võib samuti moodustada grafiitdetailide peale tiheda kihi.Muid kõrgele temperatuurile vastupidavaid materjale, nagu molübdeen või keskkonnaga kokkusobivad keraamilised materjalid, võib kasutada seal, kus sulatise saastumise oht puudub.Siiski on oksiidkeraamika sobivus otseseks kokkupuuteks grafiitmaterjalidega kõrgel temperatuuril piiratud, jättes sageli vähe alternatiive, kui isolatsioon on vajalik.Üks neist on kuusnurkne boornitriid (mida nimetatakse mõnikord ka valgeks grafiidiks sarnaste omaduste tõttu), kuid sellel on halvad mehaanilised omadused.Molübdeen on üldiselt mõistlik kõrge temperatuuriga rakenduste jaoks, kuna selle hind on mõõdukas, ränikristallides on madal difusioon ja madal segregatsioonikoefitsient (umbes 5 × 108), mis võimaldab enne kristallstruktuuri hävitamist teatud määral molübdeeni saastumist.
kaks.Soojusvälja isolatsioonimaterjalid
Enimkasutatav isolatsioonimaterjal on mitmesugusel kujul süsinikvilt.Süsinikvilt on valmistatud õhukestest kiududest, mis toimivad soojusisolatsioonina, kuna blokeerivad lühikese vahemaa jooksul mitu korda soojuskiirgust.Pehme süsiniku vildist on kootud suhteliselt õhukesed materjalilehed, mis seejärel lõigatakse soovitud kuju ja painutatakse tihedalt mõistliku raadiusega.Kõvenenud vilt koosneb sarnastest kiudmaterjalidest, kasutades süsinikku sisaldavat sideainet, et ühendada hajutatud kiud tugevamaks ja stiilsemaks esemeks.Sideainete asemel süsiniku keemilise aur-sadestamise kasutamine võib parandada materjali mehaanilisi omadusi.
Tavaliselt kaetakse isoleeriva kõvastunud vildi välispind pideva grafiitkatte või fooliumiga, et vähendada erosiooni ja kulumist ning tahkete osakeste saastumist.Samuti on olemas muud tüüpi süsinikupõhised isolatsioonimaterjalid, näiteks süsinikvaht.Üldiselt eelistatakse selgelt grafitiseeritud materjale, kuna grafitiseerimine vähendab oluliselt kiu pindala.Need suure pindalaga materjalid võimaldavad palju vähem gaasi väljalaskmist ja ahju õigesse vaakumisse tõmbamiseks kulub vähem aega.Teine tüüp on C / C komposiitmaterjal, millel on silmapaistvad omadused, nagu kerge kaal, kõrge kahjustuste taluvus ja kõrge tugevus.Kasutatakse termilistes väljades grafiitdetailide asendamiseks, mis vähendab oluliselt grafiitdetailide vahetussagedust ning parandab monokristallide kvaliteeti ja tootmise stabiilsust.
Toorainete klassifikatsiooni järgi võib süsinikvildi jagada polüakrüülnitriilil põhinevaks süsinikvildiks, viskoosipõhiseks süsinikvildiks ja asfaldipõhiseks süsinikvildiks.
Polüakrüülnitriilil põhineval süsinikvildil on suur tuhasisaldus ja monokiud muutuvad pärast kõrgel temperatuuril töötlemist rabedaks.Töötamise ajal tekib kergesti tolmu, mis saastab ahju keskkonda.Samal ajal satuvad kiud kergesti inimese pooridesse ja hingamisteedesse, kahjustades inimeste tervist;viskoosil põhinev süsinikvilt Sellel on head soojusisolatsiooniomadused, see on pärast kuumtöötlemist suhteliselt pehme ja tekitab vähem tolmu.Viskoosil põhinevate kiudude ristlõige on aga ebakorrapärase kujuga ja kiu pinnal on palju kuristikke, mida on Czochralski monokristallilises räniahjus oksüdeeriva atmosfääri juures lihtne moodustada.Gaasid nagu CO2 põhjustavad ühekristallilistes ränimaterjalides hapniku ja süsiniku elementide sadestumist.Peamised tootjad on Saksa SGL ja teised ettevõtted.Praegu on pooljuhtide monokristallitööstuses kõige laialdasemalt kasutatav pigipõhine süsinikvild ja selle soojusisolatsiooniomadused on paremad kui kleepuval süsinikvildil.Kummipõhine süsinikvilt on halvem, kuid asfaldipõhisel süsinikvildil on kõrgem puhtusaste ja väiksem tolmuemissioon.Tootjate hulka kuuluvad Jaapani Kureha Chemical, Osaka Gas jne.
Kuna süsinikvildi kuju ei ole fikseeritud, on selle kasutamine ebamugav.Nüüd on paljud ettevõtted välja töötanud uue süsinikvildil põhineva soojusisolatsioonimaterjali – kõvendatud süsinikvildi.Tardunud süsinikvildiks nimetatakse ka kõvaks vildiks.Tegemist on süsiniku vildiga, millel on pärast vaiguga immutamist, lamineerimist, tahkumist ja karboniseerimist teatud kuju ja isemüttvõime.
Ühekristallilise räni kasvukvaliteeti mõjutab otseselt soojusvälja keskkond ja süsinikkiust isolatsioonimaterjalid mängivad selles keskkonnas võtmerolli.Süsinikkiust soojusisolatsiooni pehme vildil on fotogalvaaniliste pooljuhtide tööstuses endiselt oluline eelis tänu oma kulueelistele, suurepärasele soojusisolatsiooniefektile, paindlikule disainile ja kohandatavale kujule.Lisaks on süsinikkiust jäiga isolatsioonivildi teatud tugevuse ja parema töövõime tõttu soojusvälja materjalide turul rohkem arenguruumi.Oleme pühendunud soojusisolatsioonimaterjalide valdkonna teadus- ja arendustegevusele ning pidevalt optimeerime toote jõudlust, et edendada fotogalvaaniliste pooljuhtide tööstuse õitsengut ja arengut.
Postitusaeg: mai-15-2024