Կարևոր նյութ, որը որոշում է մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի աճի որակը՝ ջերմային դաշտը

Միաբյուրեղային սիլիցիումի աճի գործընթացն ամբողջությամբ իրականացվում է ջերմային դաշտում։ Լավ ջերմային դաշտը նպաստում է բյուրեղների որակի բարելավմանը և ունի բյուրեղացման բարձր արդյունավետություն: Ջերմային դաշտի նախագծումը մեծապես որոշում է դինամիկ ջերմային դաշտում ջերմաստիճանի գրադիենտների փոփոխություններն ու փոփոխությունները։ Վառարանների խցիկում գազի հոսքը և ջերմային դաշտում օգտագործվող նյութերի տարբերությունը ուղղակիորեն որոշում են ջերմային դաշտի ծառայության ժամկետը: Չհիմնավորված ձևավորված ջերմային դաշտը ոչ միայն դժվարացնում է բյուրեղների աճեցումը, որոնք համապատասխանում են որակի պահանջներին, այլև չեն կարող ամբողջական մեկ բյուրեղներ աճեցնել որոշակի գործընթացի պահանջների ներքո: Ահա թե ինչու Չոխրալսկու մոնոբյուրեղային սիլիցիումի արդյունաբերությունը համարում է ջերմային դաշտի ձևավորումը որպես հիմնական տեխնոլոգիա և հսկայական աշխատուժ և նյութական ռեսուրսներ է ներդնում ջերմային դաշտի հետազոտության և զարգացման մեջ:

Ջերմային համակարգը կազմված է ջերմային դաշտի տարբեր նյութերից։ Մենք միայն համառոտ կներկայացնենք ջերմային ոլորտում օգտագործվող նյութերը։ Ինչ վերաբերում է ջերմային դաշտում ջերմաստիճանի բաշխմանը և դրա ազդեցությանը բյուրեղների ձգման վրա, ապա մենք դա չենք վերլուծի այստեղ: Ջերմային դաշտի նյութը վերաբերում է բյուրեղյա աճի վակուումային վառարանին: Խցիկի կառուցվածքային և ջերմամեկուսացված հատվածներ, որոնք անհրաժեշտ են կիսահաղորդչային հալոցի և բյուրեղների շուրջ համապատասխան ջերմաստիճանի շոր ստեղծելու համար:

մեկ. ջերմային դաշտի կառուցվածքային նյութեր
Չոխրալսկու մեթոդով մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի աճեցման հիմնական օժանդակ նյութը բարձր մաքրության գրաֆիտն է: Գրաֆիտային նյութերը շատ կարևոր դեր են խաղում ժամանակակից արդյունաբերության մեջ։ Չոխրալսկու մեթոդով մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի պատրաստման ժամանակ դրանք կարող են օգտագործվել որպես ջերմային դաշտի կառուցվածքային բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ջեռուցիչները, ուղղորդող խողովակները, կարասները, մեկուսիչ խողովակները և կարասի սկուտեղները:

Գրաֆիտային նյութն ընտրվել է մեծ ծավալներով պատրաստվելու հեշտության, վերամշակման և բարձր ջերմաստիճանի դիմադրության հատկությունների շնորհիվ: Ածխածինը ադամանդի կամ գրաֆիտի տեսքով ունի ավելի բարձր հալման կետ, քան ցանկացած տարր կամ միացություն: Գրաֆիտային նյութը բավականին ամուր է հատկապես բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, և դրա էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակությունը նույնպես բավականին լավ է։ Դրա էլեկտրական հաղորդունակությունը այն դարձնում է որպես ջեռուցիչ նյութ, և այն ունի բավարար ջերմային հաղորդունակություն, որը կարող է հավասարաչափ բաշխել ջեռուցիչի կողմից առաջացած ջերմությունը խառնարանին և ջերմային դաշտի այլ մասերին: Այնուամենայնիվ, բարձր ջերմաստիճաններում, հատկապես մեծ հեռավորությունների վրա, ջերմության փոխանցման հիմնական եղանակը ճառագայթումն է:

Գրաֆիտի մասերը սկզբնապես ձևավորվում են կապող նյութի հետ խառնված մանր ածխածնային մասնիկների արտամղման կամ իզոստատիկ սեղմման միջոցով: Բարձրորակ գրաֆիտի մասերը սովորաբար իզոստատիկ սեղմված են: Ամբողջ կտորը սկզբում կարբոնացվում է, այնուհետև գրաֆիտացվում է շատ բարձր ջերմաստիճանում՝ մոտ 3000°C: Այս մոնոլիտներից մշակված մասերը հաճախ մաքրվում են քլոր պարունակող մթնոլորտում բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում՝ մետաղական աղտոտվածությունը հեռացնելու համար՝ կիսահաղորդչային արդյունաբերության պահանջներին համապատասխանելու համար: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ պատշաճ մաքրման դեպքում, մետաղների աղտոտվածության մակարդակը սիլիցիումային միաբյուրեղային նյութերով թույլատրվածից բարձր է: Հետևաբար, ջերմային դաշտի նախագծման ժամանակ պետք է զգույշ լինել, որպեսզի կանխվի այդ բաղադրիչների աղտոտումը հալված կամ բյուրեղային մակերեսի մեջ մտնելուց:

Գրաֆիտի նյութը մի փոքր թափանցելի է, ինչը թույլ է տալիս ներսում մնացած մետաղը հեշտությամբ հասնել մակերեսին: Բացի այդ, գրաֆիտի մակերեսի շուրջ մաքրող գազում առկա սիլիցիումի մոնօքսիդը կարող է խորը ներթափանցել նյութերի մեծ մասի մեջ և արձագանքել:

Վաղ մեկ բյուրեղյա սիլիկոնային վառարանների ջեռուցիչները պատրաստված էին հրակայուն մետաղներից, ինչպիսիք են վոլֆրամը և մոլիբդենը: Գրաֆիտի մշակման տեխնոլոգիայի հասունացման հետ մեկտեղ գրաֆիտի բաղադրիչների միջև կապի էլեկտրական հատկությունները դառնում են կայուն, և մեկ բյուրեղյա սիլիկոնային վառարանների ջեռուցիչները լիովին փոխարինել են վոլֆրամի և մոլիբդենի և այլ նյութերի ջեռուցիչներին: Ներկայումս ամենաշատ օգտագործվող գրաֆիտային նյութը իզոստատիկ գրաֆիտն է։ semicera-ն կարող է ապահովել բարձրորակ իզոստատիկ սեղմված գրաֆիտային նյութեր:

Czochralski մեկ բյուրեղյա սիլիցիումային վառարաններում երբեմն օգտագործվում են C/C կոմպոզիտային նյութեր, որոնք այժմ օգտագործվում են պտուտակների, ընկույզների, կարասների, կրող թիթեղների և այլ բաղադրիչների արտադրության համար: Ածխածնի/ածխածնի (c/c) կոմպոզիտային նյութերը ածխածնային մանրաթելից ամրացված ածխածնի վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութեր են: Նրանք ունեն բարձր կոնկրետ ուժ, բարձր հատուկ մոդուլ, ցածր ջերմային ընդլայնման գործակից, լավ էլեկտրական հաղորդունակություն, մեծ ճեղքվածքի ամրություն, ցածր տեսակարար կշիռ, ջերմային ցնցումների դիմադրություն, կոռոզիոն դիմադրություն, Այն ունի մի շարք հիանալի հատկություններ, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանի դիմադրությունը և ներկայումս լայնորեն տարածված է: օգտագործվում է օդատիեզերական, մրցավազքի, կենսանյութերի և այլ ոլորտներում որպես բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն կառուցվածքային նյութի նոր տեսակ: Ներկայում հիմնական խոչընդոտը, որին հանդիպում են կենցաղային C/C կոմպոզիտային նյութերը, ծախսերի և արդյունաբերականացման խնդիրներն են:

Կան բազմաթիվ այլ նյութեր, որոնք օգտագործվում են ջերմային դաշտեր ստեղծելու համար: Ածխածնի մանրաթելերով ամրացված գրաֆիտը ավելի լավ մեխանիկական հատկություններ ունի. սակայն, այն ավելի թանկ է և պահանջում է դիզայնի այլ պահանջներ: Սիլիցիումի կարբիդը (SiC) շատ առումներով ավելի լավ նյութ է, քան գրաֆիտը, բայց շատ ավելի թանկ և դժվար է արտադրել մեծ ծավալի մասեր: Այնուամենայնիվ, SiC-ը հաճախ օգտագործվում է որպես CVD ծածկույթ՝ ագրեսիվ սիլիցիումի մոնօքսիդի ազդեցության տակ գտնվող գրաֆիտի մասերի կյանքը մեծացնելու և նաև գրաֆիտից աղտոտվածությունը նվազեցնելու համար: Խիտ CVD սիլիցիումի կարբիդային ծածկույթը արդյունավետորեն կանխում է միկրոծակոտկեն գրաֆիտի նյութի ներսում աղտոտիչները մակերեսին հասնելուց:

Մյուսը CVD ածխածինն է, որը կարող է նաև խիտ շերտ կազմել գրաֆիտի մասերի վրա: Բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն այլ նյութեր, ինչպիսիք են մոլիբդենը կամ կերամիկական նյութերը, որոնք համատեղելի են շրջակա միջավայրի հետ, կարող են օգտագործվել այնտեղ, որտեղ հալոցքի աղտոտման վտանգ չկա: Այնուամենայնիվ, օքսիդային կերամիկաները սահմանափակ պիտանիություն ունեն գրաֆիտային նյութերի հետ բարձր ջերմաստիճանների հետ անմիջական շփման համար, հաճախ թողնում են քիչ այլընտրանքներ, եթե պահանջվում է մեկուսացում: Մեկը վեցանկյուն բորի նիտրիդն է (երբեմն կոչվում է սպիտակ գրաֆիտ՝ նմանատիպ հատկությունների պատճառով), սակայն այն ունի վատ մեխանիկական հատկություններ։ Մոլիբդենը, ընդհանուր առմամբ, խելամիտ է բարձր ջերմաստիճանի կիրառման համար, քանի որ դրա չափավոր արժեքն է, սիլիցիումի բյուրեղներում ցածր դիֆուզիոն և ցածր տարանջատման գործակիցը, մոտ 5 × 108, ինչը թույլ է տալիս մոլիբդենի որոշ աղտոտում մինչև բյուրեղային կառուցվածքը ոչնչացնելը:

երկու. Ջերմային դաշտի մեկուսացման նյութեր
Առավել հաճախ օգտագործվող մեկուսիչ նյութը տարբեր ձևերով ածխածնային է: Ածխածնային ֆետրը պատրաստված է բարակ մանրաթելերից, որոնք գործում են որպես ջերմամեկուսիչ, քանի որ դրանք շատ անգամ արգելափակում են ջերմային ճառագայթումը կարճ հեռավորության վրա: Փափուկ ածխածնային ֆետրը հյուսվում է նյութի համեմատաբար բարակ թիթեղների մեջ, որոնք այնուհետև կտրվում են ցանկալի ձևով և սերտորեն թեքում են ողջամիտ շառավղով: Չորացված ֆետերը կազմված է նմանատիպ մանրաթելային նյութերից՝ օգտագործելով ածխածին պարունակող կապակցիչ՝ ցրված մանրաթելերը ավելի ամուր և ոճային առարկայի մեջ միացնելու համար: Օգտագործելով ածխածնի քիմիական գոլորշի նստեցումը կապող նյութերի փոխարեն կարող է բարելավել նյութի մեխանիկական հատկությունները:

Սովորաբար, ջերմամեկուսիչ պինդ ֆետի արտաքին մակերեսը պատված է շարունակական գրաֆիտային ծածկով կամ փայլաթիթեղով, որպեսզի նվազեցնի էրոզիան և մաշվածությունը, ինչպես նաև մասնիկների աղտոտումը: Գոյություն ունեն նաև ածխածնի վրա հիմնված մեկուսիչ նյութերի այլ տեսակներ, ինչպիսիք են ածխածնի փրփուրը: Ընդհանուր առմամբ, գրաֆիտացված նյութերը հստակորեն նախընտրելի են, քանի որ գրաֆիտացումը մեծապես նվազեցնում է մանրաթելի մակերեսը: Այս բարձր մակերեսով նյութերը թույլ են տալիս շատ ավելի քիչ արտահոսք գազ և ավելի քիչ ժամանակ է պահանջում վառարանը պատշաճ վակուումի հասցնելու համար: Մյուս տեսակը C/C կոմպոզիտային նյութն է, որն ունի ակնառու առանձնահատկություններ, ինչպիսիք են թեթև քաշը, բարձր վնասների հանդուրժողականությունը և բարձր ամրությունը: Օգտագործվում է ջերմային դաշտերում՝ գրաֆիտի մասերը փոխարինելու համար, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է գրաֆիտի մասերի փոխարինման հաճախականությունը և բարելավում մեկ բյուրեղների որակը և արտադրության կայունությունը:

Ըստ հումքի դասակարգման՝ ածխածնային ֆետերը կարելի է բաժանել պոլիակրիլոնիտրիլի վրա հիմնված ածխածնային ֆետերի, վիսկոզայի վրա հիմնված ածխածնային ֆետերի և ասֆալտի վրա հիմնված ածխածնային ֆետերի։

Պոլիակրիլոնիտրիլի վրա հիմնված ածխածնային ֆետրը ունի մեծ մոխրի պարունակություն, և մոնաթելերը դառնում են փխրուն բարձր ջերմաստիճանի մշակումից հետո: Գործողության ընթացքում փոշին հեշտությամբ առաջանում է վառարանի միջավայրը աղտոտելու համար: Միևնույն ժամանակ, մանրաթելերը հեշտությամբ մտնում են մարդու ծակոտիները և շնչուղիները՝ վնասելով մարդու առողջությանը. վիսկոզայի վրա հիմնված ածխածնային ֆետն ունի լավ ջերմամեկուսիչ հատկություններ, ջերմային մշակումից հետո համեմատաբար փափուկ է և ավելի քիչ հավանական է, որ փոշի առաջացնի: Այնուամենայնիվ, վիսկոզայի վրա հիմնված թելերի խաչմերուկն ունի անկանոն ձև, և մանրաթելերի մակերեսի վրա կան բազմաթիվ ձորեր, որոնք հեշտ է ձևավորվել Չոխրալսկի միաբյուրեղյա սիլիկոնային վառարանում օքսիդացնող մթնոլորտի առկայության դեպքում: Գազերը, ինչպիսիք են CO2-ը, առաջացնում են թթվածնի և ածխածնի տարրերի նստեցում միաբյուրեղ սիլիցիումային նյութերում: Հիմնական արտադրողները ներառում են գերմանական SGL և այլ ընկերություններ: Ներկայումս սկիպիդարի վրա հիմնված ածխածնային ֆետերն առավել լայնորեն օգտագործվում է կիսահաղորդչային միաբյուրեղային արդյունաբերության մեջ, և դրա ջերմամեկուսացման արդյունավետությունը ավելի լավն է, քան կպչուն ածխածնի ֆետերը: Գումի վրա հիմնված ածխածնային զգացումը զիջում է, բայց ասֆալտի վրա հիմնված ածխածնային ֆետն ունի ավելի բարձր մաքրություն և ավելի ցածր փոշու արտանետում: Արտադրողների թվում են ճապոնական Kureha Chemical-ը, Osaka Gas-ը և այլն:

Քանի որ ածխածնի ֆետրի ձևը ամրագրված չէ, այն անհարմար է գործել: Այժմ շատ ընկերություններ մշակել են նոր ջերմամեկուսիչ նյութ, որը հիմնված է ածխածնի ֆետրի վրա՝ կարված ածխածնի ֆետրե: Մաքրված ածխածնի զգացումը կոչվում է նաև կոշտ ֆետ: Այն ածխածնային ֆետր է, որը խեժով ներծծվելուց, շերտավորվելուց, կարծրացնելուց և կարբոնացվելուց հետո ունի որոշակի ձև և ինքնակայունություն։

Մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի աճի որակի վրա ուղղակիորեն ազդում է ջերմային դաշտի միջավայրը, և ածխածնային մանրաթելից մեկուսիչ նյութերը առանցքային դեր են խաղում այս միջավայրում: Ածխածնային մանրաթելային ջերմամեկուսիչ փափուկ ֆետրը դեռևս զգալի առավելություն է զբաղեցնում ֆոտոգալվանային կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ՝ շնորհիվ իր արժեքային առավելությունների, գերազանց ջերմամեկուսիչ էֆեկտի, ճկուն դիզայնի և հարմարեցված ձևի: Բացի այդ, ածխածնային մանրաթելից կոշտ մեկուսացումը ավելի մեծ տեղ կունենա ջերմային դաշտի նյութերի շուկայում իր որոշակի ամրության և ավելի բարձր գործունակության պատճառով: Մենք հավատարիմ ենք ջերմամեկուսիչ նյութերի ոլորտում հետազոտություններին և զարգացմանը և շարունակաբար օպտիմալացնում ենք արտադրանքի աշխատանքը՝ խթանելու ֆոտոգալվանային կիսահաղորդչային արդյունաբերության բարգավաճումն ու զարգացումը: