U prucessu di crescita di u siliciu unicu cristallu hè cumpletamente realizatu in u campu termale. Un bonu campu termale conduce à migliurà a qualità di cristalli è hà una alta efficienza di cristallizazione. U disignu di u campu termale determina largamente i cambiamenti è i cambiamenti in i gradienti di temperatura in u campu termale dinamicu. U flussu di gasu in a camera di furnace è a diffarenza di i materiali utilizati in u campu termale determinanu direttamente a vita di serviziu di u campu termale. Un campu termale cuncepitu irragionevolmente ùn solu ùn rende micca difficiuli di cultivà cristalli chì rispondenu à i requisiti di qualità, ma ancu ùn pò micca cultivà cristalli unichi cumpleti sottu certi requisiti di prucessu. Hè per quessa chì l'industria di u siliciu monocristallino di Czochralski cunsidereghja u disignu di u campu termale cum'è a tecnulugia di core è investe enormi risorse umane è materiali in a ricerca è u sviluppu di u campu termale.
U sistema termale hè cumpostu di diversi materiali di campu termale. Avemu da intruduce solu brevemente i materiali utilizati in u campu termale. In quantu à a distribuzione di a temperatura in u campu termale è u so impattu nantu à u pulling di cristalli, ùn avemu micca analizà quì. U materiale di u campu termale si riferisce à u fornu di vacuum di crescita di cristalli. Parte strutturale è termicamente insulated di a camera, chì sò indispensabili per creà u pannu di temperatura propria attornu à u fusione di semiconductor è cristalli.
unu. materiali strutturali di u campu termale
U materiale di supportu di basa per a crescita di siliciu unicu cristalu da u metudu Czochralski hè grafite d'alta purezza. I materiali di grafite ghjucanu un rolu assai impurtante in l'industria muderna. In a preparazione di siliciu di cristalli unicu da u metudu Czochralski, ponu esse usatu cum'è cumpunenti strutturali di u campu termale cum'è riscaldatori, tubi di guida, crucibles, tubi insulation, è vassoi crucible.
U materiale di grafite hè statu sceltu per via di a so facilità di preparazione in grandi volumi, processability è proprietà di resistenza à alta temperatura. U carbone in forma di diamante o grafitu hà un puntu di fusione più altu ch'è qualsiasi elementu o compostu. U materiale di grafite hè abbastanza forte, soprattuttu à e alte temperature, è a so cunduttività elettrica è termale hè ancu abbastanza bona. A so cunductività elettrica u face adattatu cum'è materiale di riscaldamentu, è hà una conduttività termale satisfacente chì pò distribuisce uniformemente u calore generatu da u calefactor à u crucible è à altre parti di u campu termale. In ogni casu, à e alte temperature, soprattuttu à longu distanzi, u modu principale di trasferimentu di calore hè a radiazione.
I pezzi di grafite sò inizialmente furmati da estrusione o pressa isostatica di particelle di carbone fini mischiate cù un legante. E parti di grafite d'alta qualità sò generalmente pressate isostaticamente. U pezzu sanu hè prima carbonizatu è dopu grafitizatu à temperature assai elevate, vicinu à 3000 ° C. Parts machined from these monoliths sò spessu purificati in una atmosfera chlorine-containing at high temperatures to remove metal contamination to compliance with semiconductor industry requirements. In ogni casu, ancu cù una purificazione propria, i livelli di contaminazione di metalli sò ordini di grandezza più altu ch'è permessu da i materiali di siliciu unicu cristallu. Dunque, ci vole à piglià cura in u disignu di u campu termale per impedisce a contaminazione di sti cumpunenti da entra in a superficia di fusione o di cristallo.
U materiale di grafite hè ligeramente permeable, chì permette chì u metale restu à l'internu per ghjunghje facilmente à a superficia. Inoltre, u monossidu di siliciu presente in u gasu di purga intornu à a superficia di grafite pò penetrà in a maiò parte di i materiali è reagisce.
I primi riscaldatori di u fornu di siliciu di cristalli sò stati fatti di metalli refrattari cum'è tungstenu è molibdenu. Quandu a tecnulugia di trasfurmazioni di grafite matura, e proprietà elettriche di e cunnessione trà i cumpunenti di grafite diventanu stabile, è i riscaldatori di u fornu di siliciu di cristalli unicu anu rimpiazzatu cumplettamente i riscaldatori di tungstenu è molibdenu è altri materiali. U materiale di grafite più utilizatu à u mumentu hè u grafite isostaticu. semicera pò furnisce materiali di grafite pressatu isostaticamente di alta qualità.
In Czochralski crystal silicium furnaces, materiali cumposti C / C sò calchì volta usatu, è sò avà esse usatu pi fabricà bulloni, noci, crucibles, piastra di carica è altri cumpunenti. I materiali compositi di carbone / carbone (c / c) sò materiali compositi basati in carbonu rinfurzati cù fibra di carbonu. Hanu una forza specifica alta, un modulu specificu altu, un bassu coefficiente di espansione termica, una bona conduttività elettrica, una grande tenacità di frattura, una gravità specifica bassa, una resistenza à scossa termale, una resistenza à a corrosione, hà una serie di proprietà eccellenti cum'è a resistenza à l'alta temperatura è hè attualmente largamente largamente. usatu in aerospaziale, corsa, biomaterials è altri campi cum'è un novu tipu di materiale strutturale resistente à alta temperatura. Attualmente, u principale collu di buttiglia incontratu da i materiali compositi domestici C / C hè questione di costu è industrializazione.
Ci sò assai altri materiali usati per creà campi termali. U grafitu rinforzatu in fibra di carbonu hà megliu proprietà meccaniche; in ogni modu, hè più caru è impone altre esigenze di design. U carburu di silicium (SiC) hè un materiale megliu cà u grafitu in parechje manere, ma hè assai più caru è difficiule di fabricà pezzi di grande volumi. Tuttavia, SiC hè spessu usatu cum'è un revestimentu CVD per aumentà a vita di e parti di grafite esposti à u gasu di monossidu di siliciu aggressivu è ancu per riduce a contaminazione da u grafite. U densu rivestimentu di carburu di siliciu CVD impedisce efficacemente i contaminanti in u materiale di grafite microporoso di ghjunghje à a superficia.
L'altru hè u carbone CVD, chì pò ancu formate una capa densa nantu à e parti di grafite. L'altri materiali resistenti à a temperatura alta, cum'è u molibdenu o i materiali ceramichi chì sò cumpatibili cù l'ambiente, ponu esse usatu induve ùn ci hè micca risicu di contaminazione di a fusione. In ogni casu, a ceramica d'ossidu hà una adattabilità limitata per u cuntattu direttu cù i materiali di grafite à temperature elevate, spessu lascendu pocu alternative se l'insulazione hè necessariu. Unu hè nitruru di boru esagonale (qualchì volta chjamatu grafite biancu per via di pruprietà simili), ma hà proprietà meccaniche povere. U molibdenu hè generalmente ragiunate per l'applicazioni à alta temperatura per via di u so costu moderatu, a bassa diffusività in i cristalli di siliciu, è u coefficient di segregazione bassu, circa 5 × 108, chì permette una certa contaminazione di molibdenu prima di distrughje a struttura cristallina.
due. Materiali d'insulazione di u campu termale
U materiale d'insulazione più cumunimenti utilizatu hè u feltru di carbone in diverse forme. U feltru di carbone hè fattu di fibri sottili chì agiscenu cum'è insulazione termale perchè bloccanu a radiazione termale parechje volte nantu à una corta distanza. U feltru di carbonu morbidu hè intrecciatu in fogli relativamente sottili di materiale, chì sò dopu tagliati in a forma desiderata è strettamente curvati à un raghju raghjone. U feltru curatu hè cumpostu di materiali di fibra simili, utilizendu un legante chì cuntene carbone per cunnette e fibre disperse in un ughjettu più solidu è stylish. Utilizà a deposizione chimica di vapore di carbone invece di leganti pò migliurà e proprietà meccaniche di u materiale.
Di genere, a superficia esterna di u feltru isolante curatu hè rivestita cù un revestimentu di grafite cuntinuu o foglia per riduce l'erosione è l'usura, è ancu a contaminazione particulata. Esistinu ancu altri tipi di materiali d'insulazione basati in carbonu, cum'è a spuma di carbone. In generale, i materiali grafitizzati sò chjaramente preferiti perchè a grafitizazione reduce assai a superficia di a fibra. Questi materiali di superficia alta permettenu assai menu outgassing è piglianu menu tempu per attirà u furnace à un vacuum propiu. L'altru tipu hè materiale cumpostu C / C, chì hà caratteristiche eccezziunale cum'è u pesu ligeru, una alta toleranza di danni è una forza alta. Adupratu in i campi termali per rimpiazzà e parti di grafite, chì riduce significativamente a frequenza di rimpiazzamentu di e parti di grafite è migliurà a qualità di cristalli unichi è a stabilità di a produzzione.
Sicondu a classificazione di materie prime, u feltru di carbone pò esse divisu in u feltru di carbone basatu in poliacrilonitrile, u feltru di carbone basatu in viscosa è u feltru di carbone basatu in asfaltu.
U feltru di carbone basatu in poliacrilonitrile hà un grande cuntenutu di cendra, è i monofilamenti diventanu fragili dopu u trattamentu à alta temperatura. Durante u funziunamentu, a polvera hè facilmente prodotta per contamina l'ambiente di u fornu. À u listessu tempu, i fibri entranu facilmente in i pori umani è e vie respiratorie, causannu dannu à a salute umana; U feltru di carbone basatu in viscosa Hà boni proprietà d'insulazione termale, hè relativamente suave dopu à u trattamentu termale, è hè menu prubabile di pruduce polvere. In ogni casu, a sezione trasversale di i filamenti di viscosa hà una forma irregulare è ci sò parechje ravine nantu à a superficia di a fibra, chì hè faciule di furmà in a presenza di una atmosfera oxidante in un furnace di siliciu di cristalli unicu Czochralski. Gases cum'è CO2 causanu a precipitazione di l'ossigenu è l'elementi di carbone in materiali di silicuu monocristalli. I pruduttori principali includenu SGL tedesca è altre cumpagnie. Attualmente, u feltru di carbone basatu in pitch hè u più utilizatu in l'industria di u cristallu unicu di semiconductor, è a so prestazione d'insulazione termale hè megliu cà quella di u feltru di carbone appiccicosu. U feltru di carbone basatu in gum hè inferjuri, ma u feltru di carbone basatu in asfaltu hà una purezza più alta è una emissione di polvera più bassa. I pruduttori includenu u Giappone Kureha Chemical, Osaka Gas, etc.
Siccomu a forma di u feltru di carbone ùn hè micca fissatu, hè inconveniente per operà. Avà parechje cumpagnie anu sviluppatu un novu materiale d'insulazione termale basatu nantu à u feltru di carbonu - feltru di carbone curatu. U feltru di carbone curatu hè ancu chjamatu feltru duru. Hè un feltru di carbone chì hà una certa forma è autosostenibile dopu esse impregnatu di resina, laminatu, solidificatu è carbonizatu.
A qualità di crescita di u siliciu unicu cristalu hè affettata direttamente da l'ambienti di u campu termale, è i materiali d'insulazione di fibra di carbonu ghjucanu un rolu chjave in questu ambiente. L'isolamentu termale in fibra di carbonu hè sempre un vantaghju significativu in l'industria di i semiconduttori fotovoltaici per via di i so vantaghji di costu, un eccellente effettu d'insulazione termale, un disignu flessibile è una forma persunalizabile. Inoltre, l'insulazione rigida di fibra di carbonu hà da esse un spaziu più grande per u sviluppu in u mercatu di materiale di u campu termale per via di a so certa forza è di l'operabilità più alta. Semu impegnati in a ricerca è u sviluppu in u campu di i materiali d'insulazione termale è ottimisimu continuamente u rendiment di u produttu per prumove a prosperità è u sviluppu di l'industria di i semiconduttori fotovoltaici.
Tempu di Post: 15-May-2024