Процес раста монокристалног силицијума се у потпуности одвија у термичком пољу.Добро топлотно поље је погодно за побољшање квалитета кристала и има високу ефикасност кристализације.Дизајн топлотног поља у великој мери одређује промене и промене температурних градијената у динамичком топлотном пољу.Проток гаса у комори пећи и разлика у материјалима који се користе у термичком пољу директно одређују век трајања топлотног поља.Неразумно дизајнирано топлотно поље не само да отежава узгој кристала који испуњавају захтеве квалитета, већ такође не може да расте комплетне монокристале под одређеним захтевима процеса.Због тога индустрија монокристалног силицијума Чохралског сматра дизајн термичких поља основну технологију и улаже огромну радну снагу и материјалне ресурсе у истраживање и развој термичких поља.
Термални систем се састоји од различитих материјала термичког поља.Само ћемо укратко представити материјале који се користе у термичком пољу.Што се тиче дистрибуције температуре у термичком пољу и њеног утицаја на повлачење кристала, овде је нећемо анализирати.Материјал термичког поља односи се на вакуумску пећ за раст кристала.Структурни и термички изоловани делови коморе, који су неопходни за стварање одговарајуће температурне тканине око растопа полупроводника и кристала.
један.конструкциони материјали топлотног поља
Основни помоћни материјал за узгој монокристалног силицијума методом Чохралског је графит високе чистоће.Графитни материјали играју веома важну улогу у савременој индустрији.У припреми монокристалног силицијума методом Чохралског, могу се користити као структурне компоненте топлотног поља као што су грејачи, цеви за вођење, лончићи, изолационе цеви и посуде за лончиће.
Графитни материјал је одабран због његове лакоће припреме у великим количинама, обрадивости и отпорности на високе температуре.Угљеник у облику дијаманта или графита има вишу тачку топљења од било ког елемента или једињења.Графитни материјал је прилично јак, посебно на високим температурама, а његова електрична и топлотна проводљивост је такође прилично добра.Његова електрична проводљивост га чини погодним као материјал за грејање, а има и задовољавајућу топлотну проводљивост која може равномерно да дистрибуира топлоту коју ствара грејач на лончић и друге делове топлотног поља.Међутим, при високим температурама, посебно на великим удаљеностима, главни начин преноса топлоте је зрачење.
Графитни делови се у почетку формирају екструзијом или изостатичким пресовањем финих угљеничних честица помешаних са везивом.Висококвалитетни графитни делови се обично изостатички пресују.Цео комад се прво карбонизује, а затим графитише на веома високим температурама, близу 3000°Ц.Делови израђени од ових монолита се често пречишћавају у атмосфери која садржи хлор на високим температурама како би се уклонила контаминација метала како би се испунили захтеви индустрије полупроводника.Међутим, чак и уз правилно пречишћавање, нивои контаминације металом су за редове величине већи од оних које дозвољавају силицијумски монокристални материјали.Због тога се мора водити рачуна о дизајну термичког поља како би се спречило да контаминација ових компоненти уђе у растопљену или кристалну површину.
Графитни материјал је благо пропустљив, што омогућава да преостали метал унутра лако дође до површине.Поред тога, силицијум моноксид присутан у гасу за прочишћавање око површине графита може продрети дубоко у већину материјала и реаговати.
Рани монокристални силицијумски грејачи за пећи били су направљени од ватросталних метала као што су волфрам и молибден.Како технологија обраде графита сазрева, електрична својства веза између графитних компоненти постају стабилна, а грејачи пећи од монокристалног силикона су у потпуности заменили волфрам и молибден и друге материјале.Тренутно се најчешће користи графитни материјал изостатски графит.семицера може обезбедити висококвалитетне изостатички пресоване графитне материјале.
У пећима од монокристалног силицијума Чохралског, Ц/Ц композитни материјали се понекад користе, а сада се користе за производњу вијака, навртки, лонаца, носивих плоча и других компоненти.Композитни материјали угљеник/угљеник (ц/ц) су композитни материјали на бази угљеника ојачани угљеничним влакнима.Имају високу специфичну чврстоћу, висок специфични модул, низак коефицијент термичке експанзије, добру електричну проводљивост, велику жилавост лома, ниску специфичну тежину, отпорност на топлотни удар, отпорност на корозију, Има низ одличних својстава као што је отпорност на високе температуре и тренутно је широко распрострањена. користи се у ваздухопловству, тркама, биоматеријалима и другим пољима као нова врста конструкцијског материјала отпорног на високе температуре.Тренутно, главно уско грло са којим се сусрећу домаћи Ц/Ц композитни материјали су трошкови и питања индустријализације.
Постоји много других материјала који се користе за стварање топлотних поља.Графит ојачан карбонским влакнима има боља механичка својства;међутим, скупљи је и намеће друге захтеве дизајна.Силицијум карбид (СиЦ) је на много начина бољи материјал од графита, али је много скупљи и тежак за производњу делова велике запремине.Међутим, СиЦ се често користи као ЦВД премаз да би се продужио животни век графитних делова изложених агресивном гасу силицијум моноксида и такође да се смањи контаминација од графита.Густи ЦВД премаз од силицијум карбида ефикасно спречава да загађивачи унутар микропорозног графитног материјала доспеју на површину.
Други је ЦВД угљеник, који такође може формирати густ слој на врху графитних делова.Други материјали отпорни на високе температуре, као што су молибден или керамички материјали који су компатибилни са околином, могу се користити тамо где не постоји ризик од контаминације растопа.Међутим, оксидна керамика има ограничену погодност за директан контакт са графитним материјалима на високим температурама, често остављајући мало алтернатива ако је потребна изолација.Један је хексагонални бор нитрид (понекад се назива бели графит због сличних својстава), али има лоша механичка својства.Молибден је генерално разуман за примену на високим температурама због своје умерене цене, ниске дифузије у кристалима силицијума и ниског коефицијента сегрегације, око 5 × 108, што дозвољава контаминацију молибденом пре него што уништи кристалну структуру.
два.Материјали за изолацију топлотног поља
Најчешће коришћени изолациони материјал је угљенични филц у различитим облицима.Карбонски филц је направљен од танких влакана која делују као топлотна изолација јер блокирају топлотно зрачење много пута на краткој удаљености.Меки угљенични филц је уткан у релативно танке листове материјала, који се затим секу у жељени облик и чврсто савијају до разумног радијуса.Осушени филц се састоји од сличних влакнастих материјала, користећи везиво које садржи угљеник да повеже распршена влакна у чврсти и елегантнији предмет.Коришћењем хемијског таложења угљеника из паре уместо везива може се побољшати механичка својства материјала.
Типично, спољна површина изолационо очврслог филца је обложена непрекидним графитним премазом или фолијом да би се смањила ерозија и хабање, као и контаминација честицама.Постоје и друге врсте изолационих материјала на бази угљеника, као што је угљенична пена.Генерално, графитизовани материјали су очигледно пожељнији јер графитизација у великој мери смањује површину влакна.Ови материјали велике површине омогућавају много мање испуштања гаса и потребно је мање времена да се пећ довуче до одговарајућег вакуума.Други тип је Ц/Ц композитни материјал, који има изванредне карактеристике као што су мала тежина, висока толеранција оштећења и висока чврстоћа.Користи се у термичким пољима за замену графитних делова, што значајно смањује учесталост замене графитних делова и побољшава квалитет монокристала и стабилност производње.
Према класификацији сировина, угљенични филц се може поделити на угљенични филц на бази полиакрилонитрила, угљенични филц на бази вискозе и угљенични филц на бази асфалта.
Угљенични филц на бази полиакрилонитрила има велики садржај пепела, а монофиламенти постају крхки након третмана на високој температури.Током рада, прашина се лако производи да загади околину пећи.Истовремено, влакна лако улазе у људске поре и респираторне путеве, наносе штету људском здрављу;угљенични филц на бази вискозе. Има добре карактеристике топлотне изолације, релативно је мекан након топлотне обраде и мање је вероватно да ће производити прашину.Међутим, попречни пресек нити на бази вискозе има неправилан облик и на површини влакана има много јаруга, које је лако формирати у присуству оксидирајуће атмосфере у пећи са монокристалним силицијумом Чохралског.Гасови као што је ЦО2 изазивају таложење кисеоника и угљеничних елемената у монокристалним силицијумским материјалима.Главни произвођачи су немачки СГЛ и друге компаније.Тренутно је угљенични филц на бази смоле најшире коришћен у индустрији полупроводничких монокристала, а његове перформансе топлотне изолације су боље од оних код лепљивог угљеничног филца.Угљенични филц на бази гуме је инфериоран, али угљенични филц на бази асфалта има већу чистоћу и нижу емисију прашине.Произвођачи укључују јапанску Куреха Цхемицал, Осака Гас, итд.
Пошто облик карбонског филца није фиксиран, незгодно је руковати.Сада су многе компаније развиле нови термоизолациони материјал на бази угљеничног филца - очврслог карбонског филца.Осушени карбонски филц назива се и тврди филц.То је карбонски филц који има одређени облик и самоодрживост након што је импрегниран смолом, ламиниран, учвршћен и карбонизован.
На квалитет раста монокристалног силицијума директно утиче окружење топлотног поља, а изолациони материјали од угљеничних влакана играју кључну улогу у овом окружењу.Мекани филц топлотне изолације од угљеничних влакана и даље заузима значајну предност у индустрији фотонапонских полупроводника због својих предности у погледу трошкова, одличног ефекта топлотне изолације, флексибилног дизајна и прилагодљивог облика.Поред тога, чврсти изолациони филц од угљеничних влакана ће имати већи простор за развој на тржишту материјала за термичко поље због своје одређене чврстоће и веће оперативности.Посвећени смо истраживању и развоју у области термоизолационих материјала и континуирано оптимизујемо перформансе производа како бисмо промовисали просперитет и развој индустрије фотонапонских полупроводника.
Време поста: 15.05.2024