एक महत्त्वाची सामग्री जी सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनच्या वाढीची गुणवत्ता निर्धारित करते - थर्मल फील्ड

सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनची वाढ प्रक्रिया पूर्णपणे थर्मल फील्डमध्ये केली जाते. एक चांगले थर्मल फील्ड क्रिस्टल गुणवत्ता सुधारण्यासाठी अनुकूल आहे आणि उच्च क्रिस्टलीकरण कार्यक्षमता आहे. थर्मल फील्डची रचना मुख्यत्वे डायनॅमिक थर्मल फील्डमधील तापमान ग्रेडियंटमधील बदल आणि बदल निर्धारित करते. फर्नेस चेंबरमध्ये वायूचा प्रवाह आणि थर्मल फील्डमध्ये वापरल्या जाणार्या सामग्रीमधील फरक थेट थर्मल फील्डचे सेवा जीवन निर्धारित करतात. अवास्तव डिझाइन केलेले थर्मल फील्ड केवळ गुणवत्ता आवश्यकता पूर्ण करणारे क्रिस्टल्स वाढवणे कठीण करत नाही, परंतु विशिष्ट प्रक्रियेच्या आवश्यकतांनुसार संपूर्ण एकल क्रिस्टल्स देखील वाढवू शकत नाहीत. म्हणूनच झोक्रॅल्स्की मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उद्योग थर्मल फील्ड डिझाइनला मुख्य तंत्रज्ञान मानतो आणि थर्मल फील्ड संशोधन आणि विकासामध्ये प्रचंड मनुष्यबळ आणि भौतिक संसाधनांची गुंतवणूक करतो.

थर्मल सिस्टम विविध थर्मल फील्ड सामग्री बनलेले आहे. आम्ही थर्मल फील्डमध्ये वापरल्या जाणार्या सामग्रीचा थोडक्यात परिचय देऊ. थर्मल फील्डमधील तापमान वितरण आणि क्रिस्टल पुलिंगवर त्याचा प्रभाव याबद्दल, आम्ही येथे त्याचे विश्लेषण करणार नाही. थर्मल फील्ड सामग्री क्रिस्टल ग्रोथ व्हॅक्यूम फर्नेसचा संदर्भ देते. चेंबरचे स्ट्रक्चरल आणि थर्मली इन्सुलेटेड भाग, जे सेमीकंडक्टर वितळणे आणि स्फटिकांभोवती योग्य तापमानाचे कापड तयार करण्यासाठी आवश्यक आहे.

एक थर्मल फील्ड स्ट्रक्चरल साहित्य
झोक्राल्स्की पद्धतीने सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन वाढवण्यासाठी मूलभूत आधार देणारी सामग्री म्हणजे उच्च-शुद्धता ग्रेफाइट. आधुनिक उद्योगात ग्रेफाइट साहित्य खूप महत्त्वाची भूमिका बजावते. झोक्राल्स्की पद्धतीने सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन तयार करताना, ते थर्मल फील्ड स्ट्रक्चरल घटक जसे की हीटर्स, गाइड ट्यूब्स, क्रूसिबल्स, इन्सुलेशन ट्यूब्स आणि क्रूसिबल ट्रे म्हणून वापरले जाऊ शकतात.

ग्रेफाइट सामग्री मोठ्या प्रमाणात तयार करणे, प्रक्रियाक्षमता आणि उच्च तापमान प्रतिरोधक गुणधर्मांमुळे निवडली गेली. डायमंड किंवा ग्रेफाइटच्या स्वरूपात असलेल्या कार्बनचा वितळण्याचा बिंदू कोणत्याही घटक किंवा संयुगापेक्षा जास्त असतो. ग्रेफाइट सामग्री जोरदार मजबूत आहे, विशेषतः उच्च तापमानात, आणि त्याची विद्युत आणि थर्मल चालकता देखील चांगली आहे. त्याची विद्युत चालकता हीटर सामग्री म्हणून योग्य बनवते आणि त्यात समाधानकारक थर्मल चालकता आहे जी हीटरद्वारे निर्माण होणारी उष्णता क्रूसिबल आणि थर्मल फील्डच्या इतर भागांमध्ये समान रीतीने वितरित करू शकते. तथापि, उच्च तापमानात, विशेषत: लांब अंतरावर, उष्णता हस्तांतरणाचा मुख्य मार्ग म्हणजे रेडिएशन.

ग्रेफाइटचे भाग सुरुवातीला बाईंडरमध्ये मिसळलेल्या सूक्ष्म कार्बनी कणांच्या एक्सट्रूझन किंवा आयसोस्टॅटिक दाबाने तयार होतात. उच्च-गुणवत्तेचे ग्रेफाइट भाग सहसा आयसोस्टॅटिकली दाबले जातात. संपूर्ण तुकडा प्रथम कार्बनीकृत केला जातो आणि नंतर 3000 डिग्री सेल्सिअसच्या अगदी उच्च तापमानात ग्रेफाइट केला जातो. सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी मेटल दूषितपणा दूर करण्यासाठी या मोनोलिथ्सपासून तयार केलेले भाग बहुतेकदा उच्च तापमानात क्लोरीनयुक्त वातावरणात शुद्ध केले जातात. तथापि, योग्य शुध्दीकरण करूनही, सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल मटेरियलच्या परवानगीपेक्षा धातूच्या दूषित पातळीचे प्रमाण जास्त असते. म्हणून, थर्मल फील्ड डिझाइनमध्ये या घटकांचे वितळणे किंवा क्रिस्टल पृष्ठभागावर प्रवेश करण्यापासून दूषित होऊ नये म्हणून काळजी घेणे आवश्यक आहे.

ग्रेफाइट सामग्री किंचित पारगम्य आहे, ज्यामुळे आतील उर्वरित धातू पृष्ठभागावर सहज पोहोचू शकतात. याव्यतिरिक्त, ग्रेफाइट पृष्ठभागाभोवती शुद्ध वायूमध्ये उपस्थित असलेले सिलिकॉन मोनोऑक्साइड बहुतेक पदार्थांमध्ये खोलवर प्रवेश करू शकतात आणि प्रतिक्रिया देऊ शकतात.

सुरुवातीचे सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन फर्नेस हीटर्स टंगस्टन आणि मॉलिब्डेनम सारख्या रीफ्रॅक्टरी धातूपासून बनलेले होते. ग्रेफाइट प्रक्रिया तंत्रज्ञान परिपक्व होत असताना, ग्रेफाइट घटकांमधील कनेक्शनचे विद्युत गुणधर्म स्थिर होतात आणि सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन फर्नेस हीटर्सने टंगस्टन आणि मॉलिब्डेनम आणि इतर मटेरियल हीटर्स पूर्णपणे बदलले आहेत. सध्या सर्वात जास्त वापरले जाणारे ग्रेफाइट मटेरियल म्हणजे आयसोस्टॅटिक ग्रेफाइट. सेमिसेरा उच्च दर्जाची आयसोस्टॅटिकली दाबलेली ग्रेफाइट सामग्री प्रदान करू शकते.

झोक्राल्स्की सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन फर्नेसमध्ये, सी/सी मिश्रित सामग्री कधीकधी वापरली जाते आणि आता बोल्ट, नट, क्रूसिबल्स, लोड-बेअरिंग प्लेट्स आणि इतर घटक तयार करण्यासाठी वापरली जात आहे. कार्बन/कार्बन (c/c) संमिश्र साहित्य म्हणजे कार्बन फायबर प्रबलित कार्बन-आधारित संमिश्र साहित्य. त्यांच्याकडे उच्च विशिष्ट सामर्थ्य, उच्च विशिष्ट मापांक, कमी थर्मल विस्तार गुणांक, चांगली विद्युत चालकता, मोठे फ्रॅक्चर कडकपणा, कमी विशिष्ट गुरुत्व, थर्मल शॉक प्रतिरोध, गंज प्रतिरोध, यात उच्च तापमान प्रतिरोध यांसारख्या उत्कृष्ट गुणधर्मांची मालिका आहे आणि सध्या मोठ्या प्रमाणावर आहे. एरोस्पेस, रेसिंग, बायोमटेरियल आणि इतर फील्डमध्ये नवीन प्रकारचे उच्च तापमान प्रतिरोधक संरचनात्मक साहित्य म्हणून वापरले जाते. सध्या, देशांतर्गत C/C संमिश्र सामग्रीची मुख्य अडचण किंमत आणि औद्योगिकीकरण समस्या आहे.

थर्मल फील्ड तयार करण्यासाठी वापरली जाणारी इतर अनेक सामग्री आहेत. कार्बन फायबर प्रबलित ग्रेफाइटमध्ये चांगले यांत्रिक गुणधर्म आहेत; तथापि, ते अधिक महाग आहे आणि इतर डिझाइन आवश्यकता लादते. सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) ही अनेक प्रकारे ग्रेफाइटपेक्षा चांगली सामग्री आहे, परंतु ते अधिक महाग आणि मोठ्या आकाराचे भाग तयार करणे कठीण आहे. तथापि, आक्रमक सिलिकॉन मोनोऑक्साइड वायूच्या संपर्कात असलेल्या ग्रेफाइट भागांचे आयुष्य वाढवण्यासाठी आणि ग्रेफाइटपासून होणारे प्रदूषण कमी करण्यासाठी SiC चा वापर CVD कोटिंग म्हणून केला जातो. दाट CVD सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग प्रभावीपणे मायक्रोपोरस ग्रेफाइट सामग्रीच्या आतील दूषित घटकांना पृष्ठभागावर पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करते.

दुसरा CVD कार्बन आहे, जो ग्रेफाइट भागांच्या वर एक दाट थर देखील तयार करू शकतो. इतर उच्च-तापमान प्रतिरोधक साहित्य, जसे की मॉलिब्डेनम किंवा पर्यावरणाशी सुसंगत सिरॅमिक साहित्य, जेथे वितळण्याच्या दूषित होण्याचा धोका नाही तेथे वापरला जाऊ शकतो. तथापि, ऑक्साईड सिरॅमिक्समध्ये उच्च तापमानात ग्रेफाइट सामग्रीशी थेट संपर्क साधण्यासाठी मर्यादित उपयुक्तता असते, इन्सुलेशन आवश्यक असल्यास काही पर्याय सोडतात. एक म्हणजे षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (कधीकधी समान गुणधर्मांमुळे पांढरा ग्रेफाइट म्हणतात), परंतु त्याचे यांत्रिक गुणधर्म खराब आहेत. मॉलिब्डेनम सामान्यत: उच्च तापमानाच्या वापरासाठी वाजवी आहे कारण त्याची मध्यम किंमत, सिलिकॉन क्रिस्टल्समध्ये कमी प्रसरणशीलता आणि कमी पृथक्करण गुणांक, सुमारे 5 × 108, जे क्रिस्टल संरचना नष्ट करण्यापूर्वी काही मॉलिब्डेनम दूषित होण्यास परवानगी देते.

दोन थर्मल फील्ड इन्सुलेशन साहित्य
सर्वात सामान्यपणे वापरली जाणारी इन्सुलेशन सामग्री म्हणजे कार्बन विविध स्वरूपात जाणवते. कार्बन फील हे पातळ तंतूंनी बनलेले असते जे थर्मल इन्सुलेशन म्हणून काम करतात कारण ते थर्मल रेडिएशन थोड्या अंतरावर अनेक वेळा अवरोधित करतात. मऊ कार्बन फील मटेरियलच्या तुलनेने पातळ शीटमध्ये विणले जाते, जे नंतर इच्छित आकारात कापले जाते आणि वाजवी त्रिज्यामध्ये घट्टपणे वाकले जाते. विखुरलेल्या तंतूंना अधिक घन आणि स्टायलिश वस्तूमध्ये जोडण्यासाठी कार्बनयुक्त बाइंडरचा वापर करून क्युर्ड फील समान फायबर सामग्रीपासून बनलेले आहे. बाइंडरऐवजी कार्बनचे रासायनिक वाष्प साठा वापरल्याने सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारू शकतात.

सामान्यतः, इन्सुलेटिंग क्युर्ड फीलच्या बाह्य पृष्ठभागावर सतत ग्रेफाइट कोटिंग किंवा फॉइलसह लेपित केले जाते ज्यामुळे इरोशन आणि पोशाख तसेच कण दूषित होणे कमी होते. इतर प्रकारचे कार्बन-आधारित इन्सुलेशन सामग्री देखील अस्तित्वात आहे, जसे की कार्बन फोम. सर्वसाधारणपणे, ग्राफिटाइज्ड सामग्रीला स्पष्टपणे प्राधान्य दिले जाते कारण ग्राफिटायझेशन फायबरच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोठ्या प्रमाणात कमी करते. ही उच्च पृष्ठभागाची सामग्री कमी आउटगॅसिंग करण्यास परवानगी देते आणि भट्टीला योग्य व्हॅक्यूममध्ये काढण्यासाठी कमी वेळ घेते. दुसरा प्रकार म्हणजे C/C संमिश्र सामग्री, ज्यामध्ये हलके वजन, उच्च नुकसान सहनशीलता आणि उच्च सामर्थ्य यासारखी उत्कृष्ट वैशिष्ट्ये आहेत. ग्रेफाइट भाग पुनर्स्थित करण्यासाठी थर्मल फील्डमध्ये वापरले जाते, जे ग्रेफाइट भागांची बदलण्याची वारंवारता कमी करते आणि सिंगल क्रिस्टल गुणवत्ता आणि उत्पादन स्थिरता सुधारते.

कच्च्या मालाच्या वर्गीकरणानुसार, कार्बन वाटले पॉलीएक्रिलोनिट्रिल-आधारित कार्बन वाटले, व्हिस्कोस-आधारित कार्बन वाटले आणि ॲस्फाल्ट-आधारित कार्बन वाटले.

Polyacrylonitrile-आधारित कार्बन फील्डमध्ये राखेचे प्रमाण मोठे असते आणि उच्च-तापमानाच्या उपचारानंतर मोनोफिलामेंट ठिसूळ होतात. ऑपरेशन दरम्यान, भट्टीचे वातावरण प्रदूषित करण्यासाठी धूळ सहजपणे तयार होते. त्याच वेळी, तंतू सहजपणे मानवी छिद्रांमध्ये आणि श्वसनमार्गामध्ये प्रवेश करतात, ज्यामुळे मानवी आरोग्यास हानी पोहोचते; व्हिस्कोस-आधारित कार्बन वाटले त्यात चांगले थर्मल इन्सुलेशन गुणधर्म आहेत, उष्णता उपचारानंतर तुलनेने मऊ आहे आणि धूळ निर्माण होण्याची शक्यता कमी आहे. तथापि, व्हिस्कोस-आधारित स्ट्रँडच्या क्रॉस-सेक्शनमध्ये अनियमित आकार असतो आणि फायबरच्या पृष्ठभागावर अनेक दऱ्या असतात, जे झोक्राल्स्की सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन फर्नेसमध्ये ऑक्सिडायझिंग वातावरणाच्या उपस्थितीत तयार करणे सोपे असते. CO2 सारख्या वायूंमुळे सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पदार्थांमध्ये ऑक्सिजन आणि कार्बन घटकांचा वर्षाव होतो. मुख्य उत्पादकांमध्ये जर्मन SGL आणि इतर कंपन्या समाविष्ट आहेत. सध्या, सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल उद्योगात पिच-आधारित कार्बन फील्ड सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते आणि त्याची थर्मल इन्सुलेशन कार्यक्षमता चिकट कार्बन फील्डपेक्षा चांगली आहे. गम-आधारित कार्बन वाटले निकृष्ट आहे, परंतु डांबर-आधारित कार्बन वाटले उच्च शुद्धता आणि कमी धूळ उत्सर्जन आहे. उत्पादकांमध्ये जपानचे कुरेहा केमिकल, ओसाका गॅस इ.

कार्बन वाटलेला आकार निश्चित नसल्यामुळे ते ऑपरेट करणे गैरसोयीचे आहे. आता बऱ्याच कंपन्यांनी कार्बन फील्डवर आधारित नवीन थर्मल इन्सुलेशन सामग्री विकसित केली आहे - बरे कार्बन फील. बरे कार्बन फीलला हार्ड फील देखील म्हणतात. राळ, लॅमिनेटेड, घनरूप आणि कार्बनयुक्त झाल्यानंतर एक विशिष्ट आकार आणि स्वत: ची टिकाव धरणारा हा कार्बन आहे.

सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनच्या वाढीच्या गुणवत्तेवर थर्मल फील्ड वातावरणाचा थेट परिणाम होतो आणि कार्बन फायबर इन्सुलेशन सामग्री या वातावरणात महत्त्वाची भूमिका बजावते. कार्बन फायबर थर्मल इन्सुलेशन सॉफ्ट फील अजूनही फोटोव्होल्टेइक सेमीकंडक्टर उद्योगात त्याच्या किमतीच्या फायद्यांमुळे, उत्कृष्ट थर्मल इन्सुलेशन प्रभावामुळे, लवचिक डिझाइन आणि सानुकूल आकारामुळे महत्त्वपूर्ण फायदा घेते. याव्यतिरिक्त, कार्बन फायबर कडक इन्सुलेशनला थर्मल फील्ड मटेरियल मार्केटमध्ये विकासासाठी जास्त जागा असेल कारण त्याच्या विशिष्ट ताकद आणि उच्च कार्यक्षमतेमुळे. आम्ही थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीच्या क्षेत्रात संशोधन आणि विकासासाठी वचनबद्ध आहोत आणि फोटोव्होल्टेइक सेमीकंडक्टर उद्योगाची समृद्धी आणि विकासाला प्रोत्साहन देण्यासाठी उत्पादनाची कामगिरी सतत अनुकूल करत आहोत.