એક મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી જે સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન વૃદ્ધિની ગુણવત્તા નક્કી કરે છે - થર્મલ ક્ષેત્ર

સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા થર્મલ ક્ષેત્રમાં સંપૂર્ણપણે હાથ ધરવામાં આવે છે. એક સારું થર્મલ ક્ષેત્ર સ્ફટિકની ગુણવત્તા સુધારવા માટે અનુકૂળ છે અને ઉચ્ચ સ્ફટિકીકરણ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. થર્મલ ફિલ્ડની ડિઝાઇન મોટા ભાગે ડાયનેમિક થર્મલ ફિલ્ડમાં તાપમાનના ઢાળમાં થતા ફેરફારો અને ફેરફારોને નિર્ધારિત કરે છે. ફર્નેસ ચેમ્બરમાં ગેસનો પ્રવાહ અને થર્મલ ફિલ્ડમાં વપરાતી સામગ્રીમાં તફાવત સીધા જ થર્મલ ફિલ્ડની સર્વિસ લાઇફ નક્કી કરે છે. ગેરવાજબી રીતે રચાયેલ થર્મલ ક્ષેત્ર માત્ર ગુણવત્તાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરતા સ્ફટિકો ઉગાડવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, પરંતુ ચોક્કસ પ્રક્રિયા જરૂરિયાતો હેઠળ સંપૂર્ણ સિંગલ સ્ફટિકો પણ ઉગાડી શકતા નથી. આથી જ ઝોક્રાલસ્કી મોનોક્રિસ્ટાલિન સિલિકોન ઉદ્યોગ થર્મલ ફિલ્ડ ડિઝાઇનને મુખ્ય તકનીક તરીકે માને છે અને થર્મલ ક્ષેત્ર સંશોધન અને વિકાસમાં વિશાળ માનવશક્તિ અને ભૌતિક સંસાધનોનું રોકાણ કરે છે.

થર્મલ સિસ્ટમ વિવિધ થર્મલ ફીલ્ડ સામગ્રીઓથી બનેલી છે. અમે માત્ર થર્મલ ફિલ્ડમાં વપરાતી સામગ્રીને સંક્ષિપ્તમાં રજૂ કરીશું. થર્મલ ક્ષેત્રમાં તાપમાનના વિતરણ અને ક્રિસ્ટલ ખેંચવા પર તેની અસર વિશે, અમે અહીં તેનું વિશ્લેષણ કરીશું નહીં. થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ વેક્યુમ ફર્નેસનો સંદર્ભ આપે છે. ચેમ્બરના માળખાકીય અને થર્મલી ઇન્સ્યુલેટેડ ભાગો, જે સેમિકન્ડક્ટર મેલ્ટ અને ક્રિસ્ટલ્સની આસપાસ યોગ્ય તાપમાન કાપડ બનાવવા માટે જરૂરી છે.

એક થર્મલ ક્ષેત્ર માળખાકીય સામગ્રી
Czochralski પદ્ધતિ દ્વારા સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન ઉગાડવા માટે મૂળભૂત સહાયક સામગ્રી ઉચ્ચ શુદ્ધતા ગ્રેફાઇટ છે. આધુનિક ઉદ્યોગમાં ગ્રેફાઇટ સામગ્રી ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. Czochralski પદ્ધતિ દ્વારા સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનની તૈયારીમાં, તેનો ઉપયોગ થર્મલ ફિલ્ડ માળખાકીય ઘટકો જેમ કે હીટર, માર્ગદર્શક ટ્યુબ, ક્રુસિબલ્સ, ઇન્સ્યુલેશન ટ્યુબ અને ક્રુસિબલ ટ્રે તરીકે થઈ શકે છે.

ગ્રેફાઇટ સામગ્રી તેની તૈયારીની સરળતા, પ્રક્રિયાક્ષમતા અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર ગુણધર્મોને કારણે પસંદ કરવામાં આવી હતી. હીરા અથવા ગ્રેફાઇટના રૂપમાં કાર્બન કોઈપણ તત્વ અથવા સંયોજન કરતાં વધુ ગલનબિંદુ ધરાવે છે. ગ્રેફાઇટ સામગ્રી ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને ખૂબ મજબૂત છે, અને તેની વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા પણ ઘણી સારી છે. તેની વિદ્યુત વાહકતા તેને હીટર સામગ્રી તરીકે યોગ્ય બનાવે છે, અને તેમાં સંતોષકારક થર્મલ વાહકતા છે જે હીટર દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમીને ક્રુસિબલ અને થર્મલ ફિલ્ડના અન્ય ભાગોમાં સમાનરૂપે વિતરિત કરી શકે છે. જો કે, ઊંચા તાપમાને, ખાસ કરીને લાંબા અંતર પર, હીટ ટ્રાન્સફરનો મુખ્ય મોડ રેડિયેશન છે.

ગ્રેફાઇટના ભાગો શરૂઆતમાં બાઈન્ડર સાથે મિશ્રિત કાર્બોનેસિયસ કણોના એક્સટ્રુઝન અથવા આઇસોસ્ટેટિક દબાવીને રચાય છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રેફાઇટ ભાગો સામાન્ય રીતે આઇસોસ્ટેટિકલી દબાવવામાં આવે છે. આખા ભાગને પહેલા કાર્બનાઇઝ્ડ કરવામાં આવે છે અને પછી 3000 ડિગ્રી સેલ્સિયસની નજીક ખૂબ ઊંચા તાપમાને ગ્રાફાઇટાઇઝ કરવામાં આવે છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગની આવશ્યકતાઓનું પાલન કરવા માટે ધાતુના દૂષણને દૂર કરવા માટે આ મોનોલિથ્સમાંથી બનાવેલા ભાગોને ઘણીવાર ક્લોરિન ધરાવતા વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. જો કે, યોગ્ય શુદ્ધિકરણ સાથે પણ, ધાતુના દૂષણનું સ્તર સિલિકોન સિંગલ ક્રિસ્ટલ મટિરિયલ્સ દ્વારા મંજૂર કરતાં વધુ તીવ્રતાના ઓર્ડર છે. તેથી, આ ઘટકોના દૂષણને મેલ્ટ અથવા ક્રિસ્ટલ સપાટીમાં પ્રવેશતા અટકાવવા માટે થર્મલ ફિલ્ડ ડિઝાઇનમાં કાળજી લેવી આવશ્યક છે.

ગ્રેફાઇટ સામગ્રી થોડી અભેદ્ય છે, જે અંદરની બાકીની ધાતુને સપાટી પર સરળતાથી પહોંચવા દે છે. વધુમાં, ગ્રેફાઇટ સપાટીની આસપાસના શુદ્ધિકરણ ગેસમાં હાજર સિલિકોન મોનોક્સાઇડ મોટાભાગની સામગ્રીમાં ઊંડે સુધી પ્રવેશ કરી શકે છે અને પ્રતિક્રિયા કરી શકે છે.

પ્રારંભિક સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન ફર્નેસ હીટર ટંગસ્ટન અને મોલિબ્ડેનમ જેવી પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓથી બનેલા હતા. જેમ જેમ ગ્રેફાઇટ પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજી પરિપક્વ થાય છે તેમ, ગ્રેફાઇટ ઘટકો વચ્ચેના જોડાણોના વિદ્યુત ગુણધર્મો સ્થિર બને છે, અને સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન ફર્નેસ હીટર સંપૂર્ણપણે ટંગસ્ટન અને મોલિબડેનમ અને અન્ય સામગ્રી હીટરને બદલી નાખે છે. હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ગ્રેફાઇટ સામગ્રી આઇસોસ્ટેટિક ગ્રેફાઇટ છે. સેમિસેરા ઉચ્ચ ગુણવત્તાની આઇસોસ્ટેટિકલી દબાવવામાં આવેલી ગ્રેફાઇટ સામગ્રી પ્રદાન કરી શકે છે.

Czochralski સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન ભઠ્ઠીઓમાં, C/C સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉપયોગ ક્યારેક થાય છે, અને હવે તેનો ઉપયોગ બોલ્ટ, નટ્સ, ક્રુસિબલ્સ, લોડ-બેરિંગ પ્લેટ્સ અને અન્ય ઘટકોના ઉત્પાદન માટે કરવામાં આવે છે. કાર્બન/કાર્બન (c/c) સંયુક્ત સામગ્રી કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત કાર્બન આધારિત સંયુક્ત સામગ્રી છે. તેમની પાસે ઉચ્ચ વિશિષ્ટ શક્તિ, ઉચ્ચ વિશિષ્ટ મોડ્યુલસ, નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, સારી વિદ્યુત વાહકતા, મોટા અસ્થિભંગની કઠિનતા, ઓછી ચોક્કસ ગુરુત્વાકર્ષણ, થર્મલ આંચકો પ્રતિકાર, કાટ પ્રતિકાર, તે ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર જેવા ઉત્કૃષ્ટ ગુણધર્મોની શ્રેણી ધરાવે છે અને હાલમાં તે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. એરોસ્પેસ, રેસિંગ, બાયોમટીરિયલ્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં નવા પ્રકારનાં ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિરોધક માળખાકીય સામગ્રી તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. હાલમાં, ઘરેલું C/C કમ્પોઝિટ મટિરિયલ્સ દ્વારા જે મુખ્ય અડચણ આવી છે તે ખર્ચ અને ઔદ્યોગિકીકરણના મુદ્દા છે.

થર્મલ ક્ષેત્રો બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી અન્ય ઘણી સામગ્રી છે. કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત ગ્રેફાઇટ વધુ સારી યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવે છે; જો કે, તે વધુ ખર્ચાળ છે અને અન્ય ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓ લાદે છે. સિલિકોન કાર્બાઈડ (SiC) ઘણી રીતે ગ્રેફાઈટ કરતાં વધુ સારી સામગ્રી છે, પરંતુ તે વધુ ખર્ચાળ છે અને મોટા જથ્થાના ભાગો બનાવવું મુશ્કેલ છે. જો કે, આક્રમક સિલિકોન મોનોક્સાઇડ ગેસના સંપર્કમાં આવતા ગ્રેફાઇટ ભાગોના જીવનને વધારવા માટે અને ગ્રેફાઇટના દૂષણને ઘટાડવા માટે SiC નો ઉપયોગ CVD કોટિંગ તરીકે થાય છે. ગાઢ CVD સિલિકોન કાર્બાઇડ કોટિંગ અસરકારક રીતે માઇક્રોપોરસ ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની અંદરના દૂષણોને સપાટી પર પહોંચતા અટકાવે છે.

બીજું CVD કાર્બન છે, જે ગ્રેફાઇટ ભાગોની ટોચ પર ગાઢ સ્તર પણ બનાવી શકે છે. અન્ય ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિરોધક સામગ્રી, જેમ કે મોલીબડેનમ અથવા સિરામિક સામગ્રી જે પર્યાવરણ સાથે સુસંગત છે, તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે જ્યાં ઓગળવાના દૂષિત થવાનું જોખમ નથી. જો કે, ઓક્સાઇડ સિરામિક્સ ઊંચા તાપમાને ગ્રેફાઇટ સામગ્રી સાથે સીધો સંપર્ક કરવા માટે મર્યાદિત યોગ્યતા ધરાવે છે, જો ઇન્સ્યુલેશનની જરૂર હોય તો ઘણી વખત થોડા વિકલ્પો છોડી દે છે. એક છે ષટ્કોણ બોરોન નાઈટ્રાઈડ (સમાન ગુણધર્મોને કારણે કેટલીકવાર સફેદ ગ્રેફાઈટ કહેવાય છે), પરંતુ તે નબળા યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવે છે. મોલિબ્ડેનમ સામાન્ય રીતે ઊંચા તાપમાનના ઉપયોગ માટે વાજબી છે કારણ કે તેની મધ્યમ કિંમત, સિલિકોન સ્ફટિકોમાં ઓછી વિક્ષેપતા અને નીચા વિભાજન ગુણાંક, લગભગ 5 × 108, જે સ્ફટિક માળખું નાશ કરતા પહેલા કેટલાક મોલિબ્ડેનમ દૂષણને મંજૂરી આપે છે.

બે થર્મલ ફીલ્ડ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી
સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી વિવિધ સ્વરૂપોમાં કાર્બન અનુભવાય છે. કાર્બન ફીલ પાતળા તંતુઓથી બનેલું હોય છે જે થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન તરીકે કામ કરે છે કારણ કે તેઓ થર્મલ રેડિયેશનને થોડા અંતરે ઘણી વખત અવરોધે છે. સોફ્ટ કાર્બન ફીલ સામગ્રીની પ્રમાણમાં પાતળી શીટમાં વણવામાં આવે છે, જે પછી ઇચ્છિત આકારમાં કાપવામાં આવે છે અને વાજબી ત્રિજ્યામાં ચુસ્તપણે વળે છે. ક્યોર્ડ ફીલ સમાન ફાઇબર સામગ્રીથી બનેલું હોય છે, વિખરાયેલા તંતુઓને વધુ નક્કર અને સ્ટાઇલિશ ઑબ્જેક્ટમાં જોડવા માટે કાર્બન-સમાવતી બાઈન્ડરનો ઉપયોગ કરીને. બાઈન્ડરને બદલે કાર્બનના રાસાયણિક વરાળના જથ્થાનો ઉપયોગ કરવાથી સામગ્રીના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં સુધારો થઈ શકે છે.

સામાન્ય રીતે, ધોવાણ અને વસ્ત્રો તેમજ સૂક્ષ્મ દૂષણને ઘટાડવા માટે ઇન્સ્યુલેટીંગ ક્યોર્ડ ફીલની બાહ્ય સપાટીને સતત ગ્રેફાઇટ કોટિંગ અથવા ફોઇલ સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે. કાર્બન-આધારિત ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીના અન્ય પ્રકારો પણ અસ્તિત્વમાં છે, જેમ કે કાર્બન ફીણ. સામાન્ય રીતે, ગ્રાફિટાઇઝ્ડ સામગ્રીને સ્પષ્ટપણે પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે કારણ કે ગ્રાફાઇટાઇઝેશન ફાઇબરની સપાટીના વિસ્તારને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. આ ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તારની સામગ્રીઓ ઘણી ઓછી આઉટગેસ કરવાની મંજૂરી આપે છે અને ભઠ્ઠીને યોગ્ય વેક્યૂમ તરફ દોરવામાં ઓછો સમય લે છે. બીજો પ્રકાર C/C સંયુક્ત સામગ્રી છે, જે પ્રકાશ વજન, ઉચ્ચ નુકસાન સહનશીલતા અને ઉચ્ચ શક્તિ જેવી ઉત્કૃષ્ટ સુવિધાઓ ધરાવે છે. ગ્રેફાઇટ ભાગોને બદલવા માટે થર્મલ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે ગ્રેફાઇટ ભાગોના રિપ્લેસમેન્ટ આવર્તનને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે અને સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તા અને ઉત્પાદન સ્થિરતા સુધારે છે.

કાચા માલના વર્ગીકરણ મુજબ, કાર્બન ફીલને પોલીએક્રાયલોનિટ્રીલ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ, વિસ્કોસ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ અને ડામર-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

પોલિએક્રાયલોનિટ્રિલ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડમાં મોટી રાખનું પ્રમાણ હોય છે, અને ઉચ્ચ-તાપમાનની સારવાર પછી મોનોફિલામેન્ટ્સ બરડ બની જાય છે. ઓપરેશન દરમિયાન, ભઠ્ઠીના વાતાવરણને પ્રદૂષિત કરવા માટે ધૂળ સરળતાથી ઉત્પન્ન થાય છે. તે જ સમયે, તંતુઓ સરળતાથી માનવ છિદ્રો અને શ્વસન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે, માનવ સ્વાસ્થ્યને નુકસાન પહોંચાડે છે; વિસ્કોસ-આધારિત કાર્બન લાગ્યું તે સારી થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન ગુણધર્મો ધરાવે છે, ગરમીની સારવાર પછી પ્રમાણમાં નરમ હોય છે, અને ધૂળ ઉત્પન્ન થવાની શક્યતા ઓછી હોય છે. જો કે, વિસ્કોસ-આધારિત સેરનો ક્રોસ-સેક્શન અનિયમિત આકાર ધરાવે છે અને ફાઇબરની સપાટી પર ઘણી કોતરો છે, જે ઝોક્રાલસ્કી સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન ફર્નેસમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણની હાજરીમાં રચવામાં સરળ છે. CO2 જેવા વાયુઓ સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન સામગ્રીમાં ઓક્સિજન અને કાર્બન તત્વોના અવક્ષેપનું કારણ બને છે. મુખ્ય ઉત્પાદકોમાં જર્મન એસજીએલ અને અન્ય કંપનીઓનો સમાવેશ થાય છે. હાલમાં, સેમિકન્ડક્ટર સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉદ્યોગમાં પિચ-આધારિત કાર્બન ફીલ્ડ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે, અને તેનું થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન પ્રદર્શન સ્ટીકી કાર્બન ફીલ્ડ કરતા વધુ સારું છે. ગમ-આધારિત કાર્બન અનુભૂતિ હલકી ગુણવત્તાવાળા છે, પરંતુ ડામર-આધારિત કાર્બનની લાગણી ઉચ્ચ શુદ્ધતા અને ઓછી ધૂળ ઉત્સર્જન ધરાવે છે. ઉત્પાદકોમાં જાપાનની કુરેહા કેમિકલ, ઓસાકા ગેસ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

લાગેલ કાર્બનનો આકાર નિશ્ચિત ન હોવાથી તેને ચલાવવામાં અસુવિધા થાય છે. હવે ઘણી કંપનીઓએ કાર્બન ફીલ્ડ પર આધારિત નવી થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી વિકસાવી છે - ક્યોર્ડ કાર્બન ફીલ્ડ. ક્યોર્ડ કાર્બન ફીલને હાર્ડ ફીલ પણ કહેવાય છે. તે એક કાર્બન ફીલ છે જે રેઝિન, લેમિનેટેડ, સોલિફાઇડ અને કાર્બનાઇઝ્ડ સાથે ગર્ભિત થયા પછી ચોક્કસ આકાર અને સ્વ-સ્થાયીતા ધરાવે છે.

સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનની વૃદ્ધિની ગુણવત્તા થર્મલ ફિલ્ડ પર્યાવરણ દ્વારા સીધી અસર થાય છે, અને કાર્બન ફાઇબર ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી આ વાતાવરણમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. કાર્બન ફાઇબર થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સોફ્ટ ફીલ હજુ પણ ફોટોવોલ્ટેઇક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં તેના ખર્ચ લાભો, ઉત્તમ થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન અસર, લવચીક ડિઝાઇન અને કસ્ટમાઇઝ કરી શકાય તેવા આકારને કારણે નોંધપાત્ર લાભ ધરાવે છે. વધુમાં, કાર્બન ફાઇબર સખત ઇન્સ્યુલેશન લાગ્યું તેની ચોક્કસ તાકાત અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાને કારણે થર્મલ ફિલ્ડ મટિરિયલ માર્કેટમાં વિકાસ માટે વધુ જગ્યા હશે. અમે થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રીના ક્ષેત્રમાં સંશોધન અને વિકાસ માટે પ્રતિબદ્ધ છીએ અને ફોટોવોલ્ટેઇક સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગની સમૃદ્ધિ અને વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ઉત્પાદન પ્રદર્શનને સતત ઑપ્ટિમાઇઝ કરીએ છીએ.