సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ పెరుగుదల నాణ్యతను నిర్ణయించే ముఖ్యమైన పదార్థం - థర్మల్ ఫీల్డ్

సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ యొక్క పెరుగుదల ప్రక్రియ పూర్తిగా థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో నిర్వహించబడుతుంది. మంచి థర్మల్ ఫీల్డ్ క్రిస్టల్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు అధిక స్ఫటికీకరణ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. థర్మల్ ఫీల్డ్ రూపకల్పన డైనమిక్ థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలలో మార్పులు మరియు మార్పులను ఎక్కువగా నిర్ణయిస్తుంది. ఫర్నేస్ చాంబర్లో గ్యాస్ ప్రవాహం మరియు థర్మల్ ఫీల్డ్లో ఉపయోగించే పదార్థాలలో వ్యత్యాసం నేరుగా థర్మల్ ఫీల్డ్ యొక్క సేవ జీవితాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. అసమంజసంగా రూపొందించబడిన థర్మల్ ఫీల్డ్ నాణ్యమైన అవసరాలకు అనుగుణంగా స్ఫటికాలను పెంచడం కష్టతరం చేయడమే కాకుండా, నిర్దిష్ట ప్రక్రియ అవసరాలకు అనుగుణంగా పూర్తి సింగిల్ క్రిస్టల్‌లను పెంచదు. అందుకే చోక్రాల్స్కీ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పరిశ్రమ థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌ను ప్రధాన సాంకేతికతగా పరిగణిస్తుంది మరియు థర్మల్ ఫీల్డ్ పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో భారీ మానవశక్తి మరియు వస్తు వనరులను పెట్టుబడి పెడుతుంది.

థర్మల్ వ్యవస్థ వివిధ ఉష్ణ క్షేత్ర పదార్థాలతో కూడి ఉంటుంది. మేము థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉపయోగించే పదార్థాలను మాత్రమే క్లుప్తంగా పరిచయం చేస్తాము. థర్మల్ ఫీల్డ్‌లో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ మరియు క్రిస్టల్ పుల్లింగ్‌పై దాని ప్రభావం గురించి, మేము దానిని ఇక్కడ విశ్లేషించము. థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ వాక్యూమ్ ఫర్నేస్‌ను సూచిస్తుంది. సెమీకండక్టర్ మెల్ట్ మరియు స్ఫటికాల చుట్టూ సరైన ఉష్ణోగ్రత వస్త్రాన్ని సృష్టించడానికి అవసరమైన చాంబర్ యొక్క నిర్మాణ మరియు థర్మల్లీ ఇన్సులేట్ భాగాలు.

ఒకటి. థర్మల్ ఫీల్డ్ నిర్మాణ పదార్థాలు
క్జోక్రాల్స్కి పద్ధతి ద్వారా సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్‌ను పెంచడానికి ప్రాథమిక సహాయక పదార్థం అధిక స్వచ్ఛత గ్రాఫైట్. ఆధునిక పరిశ్రమలో గ్రాఫైట్ పదార్థాలు చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. Czochralski పద్ధతి ద్వారా సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ తయారీలో, వాటిని హీటర్లు, గైడ్ ట్యూబ్‌లు, క్రూసిబుల్స్, ఇన్సులేషన్ ట్యూబ్‌లు మరియు క్రూసిబుల్ ట్రేలు వంటి థర్మల్ ఫీల్డ్ స్ట్రక్చరల్ భాగాలుగా ఉపయోగించవచ్చు.

గ్రాఫైట్ పదార్థం పెద్ద వాల్యూమ్‌లలో తయారీ సౌలభ్యం, ప్రాసెసిబిలిటీ మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధక లక్షణాల కారణంగా ఎంపిక చేయబడింది. డైమండ్ లేదా గ్రాఫైట్ రూపంలో ఉన్న కార్బన్ ఏదైనా మూలకం లేదా సమ్మేళనం కంటే ఎక్కువ ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ పదార్థం చాలా బలంగా ఉంటుంది, ముఖ్యంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, మరియు దాని విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత కూడా చాలా మంచిది. దీని విద్యుత్ వాహకత దానిని హీటర్ మెటీరియల్‌గా సరిపోయేలా చేస్తుంది మరియు ఇది సంతృప్తికరమైన ఉష్ణ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది, ఇది హీటర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వేడిని క్రూసిబుల్ మరియు థర్మల్ ఫీల్డ్‌లోని ఇతర భాగాలకు సమానంగా పంపిణీ చేయగలదు. అయినప్పటికీ, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ముఖ్యంగా ఎక్కువ దూరాలలో, ఉష్ణ బదిలీ యొక్క ప్రధాన మోడ్ రేడియేషన్.

గ్రాఫైట్ భాగాలు మొదట బైండర్‌తో కలిపిన చక్కటి కార్బోనేషియస్ కణాలను వెలికితీయడం లేదా ఐసోస్టాటిక్ నొక్కడం ద్వారా ఏర్పడతాయి. అధిక-నాణ్యత గ్రాఫైట్ భాగాలు సాధారణంగా ఐసోస్టాటిక్‌గా నొక్కబడతాయి. మొత్తం భాగం మొదట కార్బోనైజ్ చేయబడి, 3000°Cకి దగ్గరగా ఉన్న చాలా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫిటైజ్ చేయబడుతుంది. సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ అవసరాలకు అనుగుణంగా మెటల్ కాలుష్యాన్ని తొలగించడానికి ఈ ఏకశిలాల నుండి తయారు చేయబడిన భాగాలు తరచుగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్లోరిన్-కలిగిన వాతావరణంలో శుద్ధి చేయబడతాయి. అయినప్పటికీ, సరైన శుద్దీకరణతో కూడా, లోహ కాలుష్య స్థాయిలు సిలికాన్ సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్స్ ద్వారా అనుమతించబడిన దానికంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంటాయి. అందువల్ల, కరిగే లేదా క్రిస్టల్ ఉపరితలంలోకి ప్రవేశించకుండా ఈ భాగాల కాలుష్యాన్ని నిరోధించడానికి థర్మల్ ఫీల్డ్ డిజైన్‌లో జాగ్రత్త తీసుకోవాలి.

గ్రాఫైట్ పదార్థం కొద్దిగా పారగమ్యంగా ఉంటుంది, ఇది లోపల మిగిలిన లోహాన్ని సులభంగా ఉపరితలం చేరుకోవడానికి అనుమతిస్తుంది. అదనంగా, గ్రాఫైట్ ఉపరితలం చుట్టూ ఉన్న ప్రక్షాళన వాయువులో ఉన్న సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ చాలా పదార్థాలలోకి లోతుగా చొచ్చుకుపోతుంది మరియు ప్రతిస్పందిస్తుంది.

తొలి సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్‌లు టంగ్‌స్టన్ మరియు మాలిబ్డినం వంటి వక్రీభవన లోహాలతో తయారు చేయబడ్డాయి. గ్రాఫైట్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీ పరిపక్వం చెందడంతో, గ్రాఫైట్ భాగాల మధ్య కనెక్షన్ల యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు స్థిరంగా మారతాయి మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఫర్నేస్ హీటర్‌లు టంగ్‌స్టన్ మరియు మాలిబ్డినం మరియు ఇతర మెటీరియల్ హీటర్‌లను పూర్తిగా భర్తీ చేశాయి. ప్రస్తుతం ఎక్కువగా ఉపయోగించే గ్రాఫైట్ పదార్థం ఐసోస్టాటిక్ గ్రాఫైట్. సెమిసెరా అధిక నాణ్యత ఐసోస్టాటికల్‌గా నొక్కిన గ్రాఫైట్ పదార్థాలను అందించగలదు.

Czochralski సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఫర్నేస్‌లలో, C/C మిశ్రమ పదార్థాలు కొన్నిసార్లు ఉపయోగించబడతాయి మరియు ఇప్పుడు బోల్ట్‌లు, గింజలు, క్రూసిబుల్స్, లోడ్-బేరింగ్ ప్లేట్లు మరియు ఇతర భాగాల తయారీకి ఉపయోగించబడుతున్నాయి. కార్బన్/కార్బన్ (c/c) మిశ్రమ పదార్థాలు కార్బన్ ఫైబర్ రీన్‌ఫోర్స్డ్ కార్బన్-ఆధారిత మిశ్రమ పదార్థాలు. అవి అధిక నిర్దిష్ట బలం, అధిక నిర్దిష్ట మాడ్యులస్, తక్కువ ఉష్ణ విస్తరణ గుణకం, మంచి విద్యుత్ వాహకత, పెద్ద పగులు మొండితనం, తక్కువ నిర్దిష్ట గురుత్వాకర్షణ, థర్మల్ షాక్ నిరోధకత, తుప్పు నిరోధకత, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత వంటి అద్భుతమైన లక్షణాల శ్రేణిని కలిగి ఉంటాయి మరియు ప్రస్తుతం విస్తృతంగా ఉన్నాయి. ఏరోస్పేస్, రేసింగ్, బయోమెటీరియల్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో కొత్త రకం అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధక నిర్మాణ పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ప్రస్తుతం, దేశీయ C/C కాంపోజిట్ మెటీరియల్స్ ఎదుర్కొంటున్న ప్రధాన అడ్డంకి ధర మరియు పారిశ్రామికీకరణ సమస్యలు.

థర్మల్ ఫీల్డ్‌లను రూపొందించడానికి ఉపయోగించే అనేక ఇతర పదార్థాలు ఉన్నాయి. కార్బన్ ఫైబర్ రీన్ఫోర్స్డ్ గ్రాఫైట్ మెరుగైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంది; అయినప్పటికీ, ఇది చాలా ఖరీదైనది మరియు ఇతర డిజైన్ అవసరాలను విధిస్తుంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) అనేక విధాలుగా గ్రాఫైట్ కంటే మెరుగైన పదార్థం, అయితే ఇది చాలా ఖరీదైనది మరియు పెద్ద-వాల్యూమ్ భాగాలను తయారు చేయడం కష్టం. అయినప్పటికీ, దూకుడు సిలికాన్ మోనాక్సైడ్ వాయువుకు గురయ్యే గ్రాఫైట్ భాగాల జీవితాన్ని పెంచడానికి మరియు గ్రాఫైట్ నుండి కలుషితాన్ని తగ్గించడానికి SiC తరచుగా CVD పూతగా ఉపయోగించబడుతుంది. దట్టమైన CVD సిలికాన్ కార్బైడ్ పూత మైక్రోపోరస్ గ్రాఫైట్ పదార్థంలోని కలుషితాలను ఉపరితలంపైకి రాకుండా సమర్థవంతంగా నిరోధిస్తుంది.

మరొకటి CVD కార్బన్, ఇది గ్రాఫైట్ భాగాల పైన దట్టమైన పొరను కూడా ఏర్పరుస్తుంది. పర్యావరణానికి అనుకూలంగా ఉండే మాలిబ్డినం లేదా సిరామిక్ పదార్థాలు వంటి ఇతర అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధక పదార్థాలు కరిగిపోయే ప్రమాదం లేని చోట ఉపయోగించవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఆక్సైడ్ సెరామిక్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గ్రాఫైట్ పదార్థాలతో ప్రత్యక్ష సంబంధానికి పరిమిత అనుకూలతను కలిగి ఉంటాయి, ఇన్సులేషన్ అవసరమైతే తరచుగా కొన్ని ప్రత్యామ్నాయాలను వదిలివేస్తాయి. ఒకటి షట్కోణ బోరాన్ నైట్రైడ్ (కొన్నిసార్లు సారూప్య లక్షణాల కారణంగా తెలుపు గ్రాఫైట్ అని పిలుస్తారు), కానీ ఇది తక్కువ యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. మాలిబ్డినం సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రత అనువర్తనాలకు సహేతుకమైనది ఎందుకంటే దాని మితమైన ధర, సిలికాన్ స్ఫటికాలలో తక్కువ డిఫ్యూసివిటీ మరియు తక్కువ విభజన గుణకం, సుమారు 5 × 108, ఇది స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని నాశనం చేయడానికి ముందు కొంత మాలిబ్డినం కలుషితాన్ని అనుమతిస్తుంది.

రెండు. థర్మల్ ఫీల్డ్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు
అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే ఇన్సులేషన్ పదార్థం వివిధ రూపాల్లో భావించిన కార్బన్. కార్బన్ ఫీల్డ్ సన్నని ఫైబర్‌లతో తయారు చేయబడింది, ఇవి థర్మల్ ఇన్సులేషన్‌గా పనిచేస్తాయి, ఎందుకంటే అవి తక్కువ దూరం కంటే ఎక్కువ సార్లు థర్మల్ రేడియేషన్‌ను నిరోధించాయి. మృదువైన కార్బన్ ఫీల్డ్ పదార్థం యొక్క సాపేక్షంగా సన్నని షీట్లలో అల్లినది, తరువాత కావలసిన ఆకారంలో కత్తిరించబడుతుంది మరియు సహేతుకమైన వ్యాసార్థానికి గట్టిగా వంగి ఉంటుంది. క్యూర్డ్ ఫీల్ అనేది ఒకే విధమైన ఫైబర్ పదార్థాలతో కూడి ఉంటుంది, చెదరగొట్టబడిన ఫైబర్‌లను మరింత ఘనమైన మరియు అందమైన వస్తువుగా కనెక్ట్ చేయడానికి కార్బన్-కలిగిన బైండర్‌ని ఉపయోగిస్తుంది. బైండర్లకు బదులుగా కార్బన్ యొక్క రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణను ఉపయోగించడం వలన పదార్థం యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు.

సాధారణంగా, ఇన్సులేటింగ్ క్యూర్డ్ ఫీల్ యొక్క బయటి ఉపరితలం నిరంతర గ్రాఫైట్ పూత లేదా రేకుతో పూతతో కోత మరియు దుస్తులు అలాగే నలుసు కాలుష్యం తగ్గించడానికి. కార్బన్ ఫోమ్ వంటి ఇతర రకాల కార్బన్-ఆధారిత ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు కూడా ఉన్నాయి. సాధారణంగా, గ్రాఫిటైజ్ చేయబడిన పదార్థాలకు స్పష్టంగా ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది, ఎందుకంటే గ్రాఫిటైజేషన్ ఫైబర్ యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. ఈ అధిక ఉపరితల వైశాల్యం పదార్థాలు చాలా తక్కువ అవుట్‌గ్యాసింగ్‌ను అనుమతిస్తాయి మరియు కొలిమిని సరైన వాక్యూమ్‌కి గీయడానికి తక్కువ సమయాన్ని తీసుకుంటాయి. ఇతర రకం C/C కాంపోజిట్ మెటీరియల్, ఇది తక్కువ బరువు, అధిక నష్టాన్ని తట్టుకోవడం మరియు అధిక బలం వంటి అత్యుత్తమ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. గ్రాఫైట్ భాగాలను భర్తీ చేయడానికి ఉష్ణ క్షేత్రాలలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది గ్రాఫైట్ భాగాల పునఃస్థాపన ఫ్రీక్వెన్సీని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్ నాణ్యత మరియు ఉత్పత్తి స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

ముడి పదార్థాల వర్గీకరణ ప్రకారం, కార్బన్ ఫీల్‌ను పాలియాక్రిలోనిట్రైల్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్డ్, విస్కోస్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్డ్ మరియు తారు-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్డ్‌గా విభజించవచ్చు.

పాలీయాక్రిలోనిట్రైల్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్‌లో పెద్ద బూడిద కంటెంట్ ఉంటుంది మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత చికిత్స తర్వాత మోనోఫిలమెంట్‌లు పెళుసుగా మారుతాయి. ఆపరేషన్ సమయంలో, కొలిమి వాతావరణాన్ని కలుషితం చేయడానికి దుమ్ము సులభంగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. అదే సమయంలో, ఫైబర్స్ సులభంగా మానవ రంధ్రాలు మరియు శ్వాసనాళాలలోకి ప్రవేశిస్తాయి, ఇది మానవ ఆరోగ్యానికి హాని కలిగిస్తుంది; viscose-ఆధారిత కార్బన్ భావించాడు ఇది మంచి థర్మల్ ఇన్సులేషన్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది, వేడి చికిత్స తర్వాత సాపేక్షంగా మృదువుగా ఉంటుంది మరియు దుమ్మును ఉత్పత్తి చేసే అవకాశం తక్కువగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, విస్కోస్-ఆధారిత తంతువుల యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ ఒక క్రమరహిత ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఫైబర్ ఉపరితలంపై అనేక లోయలు ఉన్నాయి, ఇది క్జోక్రాల్స్కీ సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఫర్నేస్‌లో ఆక్సీకరణ వాతావరణం సమక్షంలో ఏర్పడటం సులభం. CO2 వంటి వాయువులు ఒకే క్రిస్టల్ సిలికాన్ పదార్థాలలో ఆక్సిజన్ మరియు కార్బన్ మూలకాల అవక్షేపణకు కారణమవుతాయి. ప్రధాన తయారీదారులలో జర్మన్ SGL మరియు ఇతర కంపెనీలు ఉన్నాయి. ప్రస్తుతం, సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్ పరిశ్రమలో పిచ్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్‌ను అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు మరియు దాని థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పనితీరు స్టిక్కీ కార్బన్ ఫీల్ కంటే మెరుగ్గా ఉంది. గమ్-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్ నాసిరకం, కానీ తారు-ఆధారిత కార్బన్ ఫీల్ అధిక స్వచ్ఛత మరియు తక్కువ ధూళి ఉద్గారాలను కలిగి ఉంటుంది. తయారీదారులలో జపాన్ యొక్క కురేహా కెమికల్, ఒసాకా గ్యాస్ మొదలైనవి ఉన్నాయి.

కార్బన్ ఫీల్డ్ యొక్క ఆకారం స్థిరంగా లేనందున, అది పనిచేయడానికి అసౌకర్యంగా ఉంటుంది. ఇప్పుడు చాలా కంపెనీలు కార్బన్ ఫీల్డ్ ఆధారంగా కొత్త థర్మల్ ఇన్సులేషన్ మెటీరియల్‌ను అభివృద్ధి చేశాయి - క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫీల్డ్. క్యూర్డ్ కార్బన్ ఫీల్‌ను హార్డ్ ఫీల్ అని కూడా అంటారు. ఇది రెసిన్, లామినేటెడ్, ఘనీభవించిన మరియు కార్బోనైజ్ చేయబడిన తర్వాత ఒక నిర్దిష్ట ఆకృతిని మరియు స్వీయ-స్థిరతను కలిగి ఉండే కార్బన్ అనుభూతి.

సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ యొక్క పెరుగుదల నాణ్యత నేరుగా థర్మల్ ఫీల్డ్ వాతావరణం ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది మరియు ఈ వాతావరణంలో కార్బన్ ఫైబర్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. కార్బన్ ఫైబర్ థర్మల్ ఇన్సులేషన్ సాఫ్ట్ ఫెల్ట్ ఇప్పటికీ ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో దాని ఖర్చు ప్రయోజనాలు, అద్భుతమైన థర్మల్ ఇన్సులేషన్ ప్రభావం, సౌకర్యవంతమైన డిజైన్ మరియు అనుకూలీకరించదగిన ఆకృతి కారణంగా గణనీయమైన ప్రయోజనాన్ని పొందింది. అదనంగా, కార్బన్ ఫైబర్ దృఢమైన ఇన్సులేషన్ దాని నిర్దిష్ట బలం మరియు అధిక కార్యాచరణ కారణంగా థర్మల్ ఫీల్డ్ మెటీరియల్ మార్కెట్‌లో అభివృద్ధికి ఎక్కువ స్థలాన్ని కలిగి ఉంటుంది. మేము థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పదార్థాల రంగంలో పరిశోధన మరియు అభివృద్ధికి కట్టుబడి ఉన్నాము మరియు ఫోటోవోల్టాయిక్ సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క శ్రేయస్సు మరియు అభివృద్ధిని ప్రోత్సహించడానికి ఉత్పత్తి పనితీరును నిరంతరం ఆప్టిమైజ్ చేస్తాము.