Yksikiteisen piin kasvuprosessi suoritetaan kokonaan lämpökentässä.Hyvä lämpökenttä parantaa kiteen laatua ja sillä on korkea kiteytysteho.Lämpökentän suunnittelu määrää suurelta osin lämpötilagradienttien muutokset ja muutokset dynaamisessa lämpökentässä.Kaasun virtaus uunikammiossa ja lämpökentässä käytettyjen materiaalien erot määräävät suoraan lämpökentän käyttöiän.Kohtuuttomasti suunniteltu lämpökenttä ei ainoastaan vaikeuta laatuvaatimukset täyttävien kiteiden kasvattamista, vaan se ei myöskään pysty kasvattamaan täydellisiä yksittäiskiteitä tietyissä prosessivaatimuksissa.Tästä syystä Czochralskin monokiteinen piiteollisuus pitää lämpökenttäsuunnittelua ydinteknologiana ja investoi valtavia työvoima- ja materiaaliresursseja lämpökentän tutkimukseen ja kehitykseen.
Lämpöjärjestelmä koostuu erilaisista lämpökenttämateriaaleista.Esittelemme vain lyhyesti lämpökentässä käytetyt materiaalit.Mitä tulee lämpötilan jakautumiseen lämpökentässä ja sen vaikutukseen kiteen vetoon, emme analysoi sitä tässä.Lämpökenttämateriaalilla tarkoitetaan kiteenkasvatustyhjiöuunia.Kammion rakenteelliset ja lämpöeristetyt osat, jotka ovat välttämättömiä oikean lämpötilan kankaan luomiseksi puolijohdesulatteen ja kiteiden ympärille.
yksi.lämpökentän rakennemateriaalit
Yksikiteisen piin Czochralski-menetelmällä kasvatuksen perusmateriaalina on erittäin puhdas grafiitti.Grafiittimateriaalit ovat erittäin tärkeässä asemassa nykyaikaisessa teollisuudessa.Yksikiteisen piin valmistuksessa Czochralski-menetelmällä niitä voidaan käyttää lämpökentän rakennekomponentteina, kuten lämmittimiä, ohjausputkia, upokkaita, eristysputkia ja upokasalustoja.
Grafiittimateriaali valittiin sen helppouden suurissa määrissä valmistuksen, prosessoitavuuden ja korkeita lämpötiloja kestävien ominaisuuksien vuoksi.Timantin tai grafiitin muodossa olevalla hiilellä on korkeampi sulamispiste kuin millään alkuaineella tai yhdisteellä.Grafiittimateriaali on varsin vahvaa varsinkin korkeissa lämpötiloissa, ja sen sähkö- ja lämmönjohtavuus on myös melko hyvä.Sen sähkönjohtavuus tekee siitä sopivan lämmitinmateriaaliksi, ja sillä on tyydyttävä lämmönjohtavuus, joka pystyy jakamaan tasaisesti lämmittimen tuottaman lämmön upokkaan ja muihin lämpökentän osiin.Kuitenkin korkeissa lämpötiloissa, erityisesti pitkillä etäisyyksillä, pääasiallinen lämmönsiirtomuoto on säteily.
Grafiittiosat muodostetaan alun perin suulakepuristamalla tai isostaattisesti puristamalla hienoja hiilipitoisia hiukkasia, jotka on sekoitettu sideaineeseen.Laadukkaat grafiittiosat puristetaan yleensä isostaattisesti.Koko kappale ensin hiiltyy ja sitten grafitoidaan erittäin korkeissa lämpötiloissa, lähes 3000 °C:ssa.Näistä monoliitteista koneistetut osat puhdistetaan usein klooripitoisessa ilmakehässä korkeissa lämpötiloissa metallikontaminaation poistamiseksi puolijohdeteollisuuden vaatimusten täyttämiseksi.Kuitenkin jopa asianmukaisella puhdistuksella metallikontaminaatiotasot ovat suuruusluokkaa korkeammat kuin piin yksikidemateriaalit sallivat.Siksi lämpökentän suunnittelussa on oltava varovainen, jotta estetään näiden komponenttien kontaminaatio pääsy sulatteen tai kiteen pintaan.
Grafiittimateriaali on hieman läpäisevää, joten sisällä oleva metalli pääsee helposti pintaan.Lisäksi grafiitin pinnan ympärillä olevassa huuhtelukaasussa oleva piimonoksidi voi tunkeutua syvälle useimpiin materiaaleihin ja reagoida.
Varhaiset yksikidepiiuunin lämmittimet valmistettiin tulenkestävistä metalleista, kuten volframista ja molybdeenistä.Grafiitin käsittelytekniikan kypsyessä grafiittikomponenttien välisten liitosten sähköiset ominaisuudet muuttuvat vakaaksi, ja yksikidepiiuunin lämmittimet ovat korvanneet täysin volframi- ja molybdeeni- ja muiden materiaalien lämmittimet.Tällä hetkellä yleisimmin käytetty grafiittimateriaali on isostaattinen grafiitti.semicera voi tarjota korkealaatuisia isostaattisesti puristettuja grafiittimateriaaleja.
Czochralskin yksikidepiiuuneissa käytetään joskus C/C-komposiittimateriaaleja, ja niitä käytetään nykyään pulttien, muttereiden, upokkaiden, kantavien levyjen ja muiden komponenttien valmistukseen.Hiili/hiili (c/c) -komposiittimateriaalit ovat hiilikuituvahvisteisia hiilipohjaisia komposiittimateriaaleja.Niillä on korkea ominaislujuus, korkea ominaismoduuli, alhainen lämpölaajenemiskerroin, hyvä sähkönjohtavuus, suuri murtolujuus, alhainen ominaispaino, lämpöiskunkestävyys, korroosionkestävyys, Sillä on sarja erinomaisia ominaisuuksia, kuten korkean lämpötilan kestävyys, ja se on tällä hetkellä laajalti käytetään ilmailu-, kilpa-, biomateriaaleissa ja muilla aloilla uudenlaisena korkeita lämpötiloja kestävänä rakennemateriaalina.Tällä hetkellä kotimaisten C/C-komposiittimateriaalien suurin pullonkaula on kustannus- ja teollistumisongelmat.
Lämpökenttien luomiseen käytetään monia muita materiaaleja.Hiilikuituvahvisteisella grafiitilla on paremmat mekaaniset ominaisuudet;se on kuitenkin kalliimpaa ja asettaa muita suunnitteluvaatimuksia.Piikarbidi (SiC) on monella tapaa parempi materiaali kuin grafiitti, mutta se on paljon kalliimpaa ja vaikeampaa valmistaa suuria osia.Piikarbidia käytetään kuitenkin usein CVD-pinnoitteena aggressiiviselle piimonoksidikaasulle alttiina olevien grafiittiosien käyttöiän pidentämiseksi ja myös grafiitin aiheuttaman saastumisen vähentämiseksi.Tiheä CVD-piikarbidipinnoite estää tehokkaasti mikrohuokoisen grafiittimateriaalin sisällä olevien epäpuhtauksien pääsyn pinnalle.
Toinen on CVD-hiili, joka voi myös muodostaa tiheän kerroksen grafiittiosien päälle.Muita korkeita lämpötiloja kestäviä materiaaleja, kuten molybdeenia tai keraamisia materiaaleja, jotka ovat yhteensopivia ympäristön kanssa, voidaan käyttää, jos sulatteen saastumisvaaraa ei ole.Oksidikeramiikka soveltuu kuitenkin rajallisesti suoraan kosketukseen grafiittimateriaalien kanssa korkeissa lämpötiloissa, mikä jättää usein vain vähän vaihtoehtoja, jos eristystä tarvitaan.Yksi on kuusikulmainen boorinitridi (kutsutaan joskus valkoiseksi grafiitiksi samanlaisten ominaisuuksien vuoksi), mutta sillä on huonot mekaaniset ominaisuudet.Molybdeeni on yleensä kohtuullinen korkeissa lämpötiloissa, koska sen kustannukset ovat alhaiset, piikiteiden diffuusiokyky ja alhainen erotuskerroin, noin 5 × 108, mahdollistavat jonkin verran molybdeenikontaminaatiota ennen kiderakenteen tuhoamista.
kaksi.Lämpökentän eristysmateriaalit
Yleisimmin käytetty eristemateriaali on hiilihuopa eri muodoissa.Hiilihuopa on valmistettu ohuista kuiduista, jotka toimivat lämmöneristeenä, koska ne estävät lämpösäteilyn monta kertaa lyhyellä matkalla.Pehmeä hiilihuopa kudotaan suhteellisen ohuiksi materiaalilevyiksi, jotka sitten leikataan haluttuun muotoon ja taivutetaan tiukasti kohtuulliseen säteeseen.Kovettunut huopa koostuu samankaltaisista kuitumateriaaleista käyttämällä hiiltä sisältävää sideainetta yhdistämään hajaantuneet kuidut kiinteämmäksi ja tyylikkäämmäksi esineeksi.Hiilen kemiallinen höyrypinnoitus sideaineiden sijaan voi parantaa materiaalin mekaanisia ominaisuuksia.
Tyypillisesti eristävän kovettuneen huovan ulkopinta päällystetään jatkuvalla grafiittipinnoitteella tai kalvolla eroosion ja kulumisen sekä hiukkaskontaminaation vähentämiseksi.Myös muita hiilipohjaisia eristemateriaaleja on olemassa, kuten hiilivaahtoa.Yleensä grafitoidut materiaalit ovat selvästi edullisia, koska grafitointi pienentää suuresti kuidun pinta-alaa.Nämä suuren pinta-alan materiaalit mahdollistavat paljon vähemmän kaasun poiston ja vie vähemmän aikaa uunin vetämiseen oikeaan tyhjiöön.Toinen tyyppi on C/C-komposiittimateriaali, jolla on erinomaisia ominaisuuksia, kuten kevyt paino, korkea vaurioituminen ja korkea lujuus.Käytetään lämpökentillä grafiittiosien korvaamiseen, mikä vähentää merkittävästi grafiittiosien vaihtotiheyttä ja parantaa yksikidelaatua ja tuotannon vakautta.
Raaka-aineluokituksen mukaan hiilihuopa voidaan jakaa polyakryylinitriilipohjaiseen hiilihuopaan, viskoosipohjaiseen hiilihuopaan ja asfalttipohjaiseen hiilihuopaan.
Polyakrylonitriilipohjaisella hiilihuovalla on suuri tuhkapitoisuus ja monofilamentit haurastuvat korkean lämpötilan käsittelyn jälkeen.Käytön aikana syntyy helposti pölyä, joka saastuttaa uunin ympäristöä.Samanaikaisesti kuidut pääsevät helposti ihmisen huokosiin ja hengitysteihin aiheuttaen haittaa ihmisten terveydelle;viskoosipohjainen hiilihuopa Sillä on hyvät lämmöneristysominaisuudet, se on suhteellisen pehmeää lämpökäsittelyn jälkeen, ja se tuottaa vähemmän pölyä.Viskoosipohjaisten säikeiden poikkileikkaus on kuitenkin epäsäännöllisen muotoinen ja kuidun pinnalla on monia rotkoja, jotka on helppo muodostaa hapettavan ilmakehän läsnä ollessa Czochralskin yksikidepiiuunissa.Kaasut, kuten CO2, aiheuttavat happi- ja hiilialkuaineiden saostumista yksikiteisissä piimateriaaleissa.Päävalmistajia ovat saksalaiset SGL ja muut yritykset.Tällä hetkellä pihkapohjainen hiilihuopa on laajimmin käytetty puolijohde-yksikideteollisuudessa, ja sen lämmöneristyskyky on parempi kuin tahmealla hiilihuovalla.Kumipohjainen hiilihuopa on huonolaatuista, mutta asfalttipohjaisella hiilihuovalla on korkeampi puhtaus ja pienempi pölypäästö.Valmistajia ovat japanilainen Kureha Chemical, Osaka Gas jne.
Koska hiilihuovan muoto ei ole kiinteä, se on hankala käyttää.Nyt monet yritykset ovat kehittäneet uuden hiilihuopaan perustuvan lämmöneristysmateriaalin - kovetettu hiilihuopa.Kovettunutta hiilihuopaa kutsutaan myös kovaksi huopaksi.Se on hiilihuopa, jolla on tietty muoto ja kestävyys hartsilla kyllästetyn, laminoidun, kiinteytetyn ja hiiltyneen jälkeen.
Yksikiteisen piin kasvulaatuun vaikuttaa suoraan lämpökenttäympäristö, ja hiilikuitueristemateriaalit ovat avainasemassa tässä ympäristössä.Hiilikuitujen lämmöneristyspehmeällä huovalla on edelleen merkittävä etu aurinkosähköpuolijohdeteollisuudessa sen kustannusetujen, erinomaisen lämmöneristysvaikutuksen, joustavan suunnittelun ja muokattavan muodon ansiosta.Lisäksi hiilikuitujäykällä eristehuovalla on enemmän kehittämisen varaa lämpökenttämateriaalimarkkinoilla sen tietyn lujuuden ja paremman käytettävyyden vuoksi.Olemme sitoutuneet tutkimukseen ja kehitykseen lämmöneristysmateriaalien alalla ja optimoimme jatkuvasti tuotteiden suorituskykyä edistääksemme aurinkosähköpuolijohdeteollisuuden vaurautta ja kehitystä.
Postitusaika: 15.5.2024