තනි ස්ඵටික සිලිකන් වර්ධනයේ ගුණාත්මකභාවය තීරණය කරන වැදගත් ද්රව්යයක් - තාප ක්ෂේත්රය

තනි ස්ඵටික සිලිකන් වල වර්ධන ක්රියාවලිය සම්පූර්ණයෙන්ම තාප ක්ෂේත්රය තුළ සිදු කෙරේ. හොඳ තාප ක්ෂේත්රයක් ස්ඵටික ගුණය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා හිතකර වන අතර ඉහළ ස්ඵටිකීකරණ කාර්යක්ෂමතාවයක් ඇත. තාප ක්ෂේත්රයේ සැලැස්ම බොහෝ දුරට ගතික තාප ක්ෂේත්රයේ උෂ්ණත්ව අනුක්රමික වෙනස්කම් සහ වෙනස්කම් තීරණය කරයි. උදුන කුටියේ ගෑස් ගලායාම සහ තාප ක්ෂේත්රයේ භාවිතා කරන ද්රව්යවල වෙනස තාප ක්ෂේත්රයේ සේවා කාලය සෘජුව තීරණය කරයි. අසාධාරණ ලෙස නිර්මාණය කරන ලද තාප ක්ෂේත්‍රයක් ගුණාත්මක අවශ්‍යතා සපුරාලන ස්ඵටික වර්ධනය කිරීම දුෂ්කර වනවා පමණක් නොව, ඇතැම් ක්‍රියාවලි අවශ්‍යතා යටතේ සම්පූර්ණ තනි ස්ඵටික වර්ධනය කළ නොහැක. Czochralski මොනොක්‍රිස්ටලීන් සිලිකන් කර්මාන්තය මූලික තාක්‍ෂණය ලෙස තාප ක්ෂේත්‍ර නිර්මාණය සලකන අතර තාප ක්ෂේත්‍ර පර්යේෂණ හා සංවර්ධනය සඳහා විශාල මිනිස් බලය සහ ද්‍රව්‍යමය සම්පත් ආයෝජනය කරන්නේ එබැවිනි.

තාප පද්ධතිය විවිධ තාප ක්ෂේත්ර ද්රව්ය වලින් සමන්විත වේ. අපි තාප ක්ෂේත්රයේ භාවිතා කරන ද්රව්ය පමණක් කෙටියෙන් හඳුන්වා දෙන්නෙමු. තාප ක්ෂේත්රයේ උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය සහ ස්ඵටික ඇඳීම මත එහි බලපෑම සම්බන්ධයෙන්, අපි එය මෙහි විශ්ලේෂණය නොකරමු. තාප ක්ෂේත්ර ද්රව්යය ස්ඵටික වර්ධන රික්තක උදුන වෙත යොමු කරයි. අර්ධ සන්නායක උණු කිරීම සහ ස්ඵටික වටා නිසි උෂ්ණත්ව රෙදි නිර්මාණය කිරීම සඳහා අත්යවශ්ය වන කුටියේ ව්යුහාත්මක සහ තාප පරිවරණය කරන ලද කොටස්.

එකක්. තාප ක්ෂේත්ර ව්යුහාත්මක ද්රව්ය
Czochralski ක්‍රමය මගින් තනි ස්ඵටික සිලිකන් වගා කිරීම සඳහා මූලික ආධාරක ද්‍රව්‍යය වන්නේ අධි-පිරිසිදු මිනිරන් ය. නූතන කර්මාන්තයේ මිනිරන් ද්රව්ය ඉතා වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. Czochralski ක්‍රමය මගින් තනි ස්ඵටික සිලිකන් සැකසීමේදී, ඒවා තාපක ක්ෂේත්‍ර ව්‍යුහාත්මක සංරචක ලෙස හීටර්, මාර්ගෝපදේශ නල, ක්‍රූසිබල්, පරිවාරක නල සහ ක්‍රූසිබල් තැටි ලෙස භාවිතා කළ හැකිය.

ග්‍රැෆයිට් ද්‍රව්‍ය තෝරා ගනු ලැබුවේ විශාල පරිමාවකින් සකස් කිරීමේ පහසුව, ක්‍රියාවලි හැකියාව සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධක ගුණාංග නිසාය. දියමන්ති හෝ ග්රැෆයිට් ආකාරයෙන් කාබන් ඕනෑම මූලද්රව්යයක් හෝ සංයෝගයකට වඩා වැඩි ද්රවාංකයක් ඇත. ග්‍රැෆයිට් ද්‍රව්‍ය තරමක් ප්‍රබල වේ, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, එහි විද්‍යුත් හා තාප සන්නායකතාවය ද තරමක් යහපත් ය. එහි විද්‍යුත් සන්නායකතාවය එය තාපක ද්‍රව්‍යයක් ලෙස යෝග්‍ය වන අතර, තාපකයෙන් ජනනය වන තාපය කුරුසයට සහ තාප ක්ෂේත්‍රයේ අනෙකුත් කොටස්වලට ඒකාකාරව බෙදා හැරිය හැකි සතුටුදායක තාප සන්නායකතාවයක් ඇත. කෙසේ වෙතත්, ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, විශේෂයෙන් දිගු දුරක්, තාප හුවමාරුවේ ප්රධාන ක්රමය විකිරණ වේ.

මිනිරන් කොටස් මුලින් සෑදී ඇත්තේ බන්ධකයක් සමඟ මිශ්‍ර කර ඇති සියුම් කාබන් අංශු නිස්සාරණය කිරීම හෝ සමස්ථානික එබීම මගිනි. උසස් තත්ත්වයේ මිනිරන් කොටස් සාමාන්‍යයෙන් සමස්ථිතික ලෙස තද කරනු ලැබේ. මුළු කෑල්ලම මුලින්ම කාබන්ඩයොක්සයිඩ් කර පසුව ඉතා ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී, 3000 ° C ට ආසන්නව ග්රැෆිටයිස් කර ඇත. අර්ධ සන්නායක කර්මාන්ත අවශ්‍යතාවලට අනුකූල වීම සඳහා ලෝහ දූෂණය ඉවත් කිරීම සඳහා මෙම මොනොලිත් වලින් යන්ත්‍රගත කරන ලද කොටස් බොහෝ විට ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්ලෝරීන් අඩංගු වායුගෝලය තුළ පිරිසිදු කරනු ලැබේ. කෙසේ වෙතත්, නිසි පිරිසිදු කිරීමකින් වුවද, ලෝහ දූෂණය මට්ටම් සිලිකන් තනි ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය මගින් අවසර දී ඇති ප්‍රමාණයට වඩා වැඩි ප්‍රමාණයේ ඇණවුම් වේ. එබැවින්, උණු කිරීම හෝ ස්ඵටික මතුපිටට ඇතුල් වීමෙන් මෙම සංරචක දූෂණය වීම වැළැක්වීම සඳහා තාප ක්ෂේත්ර සැලසුම් කිරීමේදී සැලකිලිමත් විය යුතුය.

ග්‍රැෆයිට් ද්‍රව්‍ය තරමක් පාරගම්‍ය වන අතර එමඟින් ඇතුළත ඉතිරිව ඇති ලෝහ පහසුවෙන් මතුපිටට ළඟා වීමට ඉඩ සලසයි. මීට අමතරව, මිනිරන් මතුපිට වටා ඇති පිරිසිදු වායුවේ ඇති සිලිකන් මොනොක්සයිඩ් බොහෝ ද්‍රව්‍ය තුළට ගැඹුරට විනිවිද ගොස් ප්‍රතික්‍රියා කළ හැකිය.

මුල් තනි ස්ඵටික සිලිකන් ඌෂ්මක හීටර් ටංස්ටන් සහ මොලිබ්ඩිනම් වැනි පරාවර්තක ලෝහ වලින් සාදා ඇත. ග්රැෆයිට් සැකසුම් තාක්ෂණය පරිණත වන විට, මිනිරන් සංරචක අතර සම්බන්ධතා වල විද්යුත් ගුණාංග ස්ථායී වන අතර, තනි ස්ඵටික සිලිකන් ඌෂ්මක හීටර් සම්පූර්ණයෙන්ම ටංස්ටන් සහ මොලිබ්ඩිනම් සහ අනෙකුත් ද්රව්ය හීටර් ප්රතිස්ථාපනය කර ඇත. වර්තමානයේ බහුලව භාවිතා වන මිනිරන් ද්‍රව්‍යය වන්නේ සමස්ථිතික මිනිරන් ය. semicera හට උසස් තත්වයේ සමස්ථිතිකව එබූ මිනිරන් ද්‍රව්‍ය සැපයිය හැක.

Czochralski තනි ස්ඵටික සිලිකන් ඌෂ්මකවල, C/C සංයුක්ත ද්රව්ය සමහර විට භාවිතා කරනු ලබන අතර, දැන් බෝල්ට්, ඇට වර්ග, කූරු, බර දරණ තහඩු සහ අනෙකුත් සංරචක නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා භාවිතා කරනු ලැබේ. කාබන්/කාබන් (c/c) සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය යනු කාබන් තන්තු ශක්තිමත් කරන ලද කාබන් මත පදනම් වූ සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය වේ. ඒවාට ඉහළ නිශ්චිත ශක්තියක්, ඉහළ නිශ්චිත මාපාංකයක්, අඩු තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකයක්, හොඳ විද්‍යුත් සන්නායකතාවයක්, විශාල අස්ථි බිඳීමක්, අඩු නිශ්චිත ගුරුත්වාකර්ෂණයක්, තාප කම්පන ප්‍රතිරෝධයක්, විඛාදන ප්‍රතිරෝධයක් ඇත, එය ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධය වැනි විශිෂ්ට ගුණාංග මාලාවක් ඇති අතර දැනට බහුලව පවතී. අභ්‍යවකාශ, ධාවන, ජෛව ද්‍රව්‍ය සහ වෙනත් ක්ෂේත්‍රවල නව වර්ගයේ ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධී ව්‍යුහාත්මක ද්‍රව්‍යයක් ලෙස භාවිතා කෙරේ. වර්තමානයේ, ගෘහස්ථ C/C සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය මුහුණ දෙන ප්‍රධාන බාධකය වන්නේ පිරිවැය සහ කාර්මීකරණ ගැටළු ය.

තාප ක්ෂේත්ර නිර්මාණය කිරීම සඳහා භාවිතා කරන තවත් බොහෝ ද්රව්ය තිබේ. කාබන් ෆයිබර් ශක්තිමත් කරන ලද ග්රැෆයිට් වඩා හොඳ යාන්ත්රික ගුණ ඇත; කෙසේ වෙතත්, එය වඩා මිල අධික වන අතර අනෙකුත් සැලසුම් අවශ්යතා පනවයි. සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) බොහෝ ආකාරවලින් මිනිරන් වලට වඩා හොඳ ද්‍රව්‍යයකි, නමුත් එය විශාල පරිමාවකින් යුත් කොටස් සෑදීමට වඩා මිල අධික හා අපහසු වේ. කෙසේ වෙතත්, SiC බොහෝ විට ආක්‍රමණශීලී සිලිකන් මොනොක්සයිඩ් වායුවට නිරාවරණය වන මිනිරන් කොටස්වල ආයු කාලය වැඩි කිරීමට සහ මිනිරන් දූෂණය අවම කිරීමට CVD ආලේපනයක් ලෙස භාවිතා කරයි. ඝන CVD සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපනය ක්ෂුද්‍ර විච්ඡේදක ග්‍රැෆයිට් ද්‍රව්‍ය තුළ ඇති අපවිත්‍ර ද්‍රව්‍ය මතුපිටට පැමිණීම ඵලදායී ලෙස වළක්වයි.

අනෙක CVD කාබන් වන අතර මිනිරන් කොටස් මත ඝන තට්ටුවක් ද සෑදිය හැක. පරිසරයට අනුකූල වන molybdenum හෝ සෙරමික් ද්රව්ය වැනි අනෙකුත් අධි-උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධී ද්රව්ය, උණු කිරීම දූෂණය වීමේ අවදානමක් නොමැති අවස්ථාවලදී භාවිතා කළ හැක. කෙසේ වෙතත්, ඔක්සයිඩ් පිඟන් මැටිවලට ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී මිනිරන් ද්‍රව්‍ය සමඟ සෘජු සම්බන්ධතා සඳහා සීමිත සුදුසුකමක් ඇත, බොහෝ විට පරිවරණය අවශ්‍ය නම් විකල්ප කිහිපයක් ඉතිරි කරයි. එකක් ෂඩාස්‍ර බෝරෝන් නයිට්‍රයිඩ් (සමහර විට සමාන ගුණ නිසා සුදු මිනිරන් ලෙස හැඳින්වේ), නමුත් එහි දුර්වල යාන්ත්‍රික ගුණ ඇත. Molybdenum සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්ව යෙදීම් සඳහා සාධාරණ වන්නේ එහි මධ්‍යස්ථ පිරිවැය, සිලිකන් ස්ඵටිකවල අඩු විසරණය සහ 5 × 108 පමණ වන අඩු වෙන් කිරීමේ සංගුණකය, ස්ඵටික ව්‍යුහය විනාශ කිරීමට පෙර සමහර molybdenum දූෂණයට ඉඩ සලසයි.

දෙකක්. තාප ක්ෂේත්ර පරිවාරක ද්රව්ය
වඩාත් බහුලව භාවිතා වන පරිවාරක ද්රව්ය වන්නේ විවිධ ආකාරවලින් කාබන් දැනේ. කාබන් ෆීල්ට් සෑදී ඇත්තේ තුනී තන්තු වලින් වන අතර එය තාප පරිවාරකයක් ලෙස ක්‍රියා කරයි, මන්ද ඒවා කෙටි දුරක් හරහා බොහෝ වාරයක් තාප විකිරණ අවහිර කරයි. මෘදු කාබන් ෆීල්ට් සාපේක්ෂ තුනී ද්‍රව්‍ය තහඩු වලට වියන ලද අතර ඒවා අපේක්ෂිත හැඩයට කපා සාධාරණ අරයකට තදින් නැමෙයි. සුව කළ හැඟීම සමාන තන්තු ද්‍රව්‍ය වලින් සමන්විත වන අතර, කාබන් අඩංගු බන්ධකයක් භාවිතා කරමින් විසුරුවා හරින ලද තන්තු වඩාත් ඝන සහ හැඩකාර වස්තුවකට සම්බන්ධ කරයි. බයින්ඩර් වෙනුවට කාබන්හි රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම භාවිතා කිරීමෙන් ද්රව්යයේ යාන්ත්රික ගුණාංග වැඩිදියුණු කළ හැකිය.

සාමාන්‍යයෙන්, ඛාදනය සහ දිරාපත්වීම මෙන්ම අංශු දූෂණය අවම කිරීම සඳහා පරිවරණය කළ ෆීල්ට් පරිවාරකයේ පිටත පෘෂ්ඨය අඛණ්ඩ මිනිරන් ආලේපනයක් හෝ තීරු වලින් ආලේප කර ඇත. කාබන් පෙන වැනි අනෙකුත් කාබන් මත පදනම් වූ පරිවාරක ද්රව්ය ද පවතී. සාමාන්‍යයෙන්, ග්‍රැෆිටීකරණය කරන ලද ද්‍රව්‍ය පැහැදිලිවම කැමති වන්නේ ග්‍රැෆිටීකරණය තන්තු වල මතුපිට ප්‍රමාණය විශාල ලෙස අඩු කරන බැවිනි. මෙම ඉහළ පෘෂ්ඨ ප්‍රමාණයේ ද්‍රව්‍ය මඟින් වායුව අඩු කිරීමට ඉඩ ලබා දෙන අතර උදුන නිසි රික්තයකට ඇද ගැනීමට අඩු කාලයක් ගතවේ. අනෙක් වර්ගය වන්නේ C/C සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය වන අතර එහි අඩු බර, අධික හානි ඉවසීම සහ ඉහළ ශක්තිය වැනි කැපී පෙනෙන ලක්ෂණ ඇත. ග්රැෆයිට් කොටස් ආදේශ කිරීම සඳහා තාප ක්ෂේත්රවල භාවිතා කරනු ලබන අතර, ග්රැෆයිට් කොටස්වල ප්රතිස්ථාපන සංඛ්යාතය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරන අතර තනි ස්ඵටික ගුණාත්මක භාවය සහ නිෂ්පාදන ස්ථාවරත්වය වැඩි දියුණු කරයි.

අමුද්‍රව්‍ය වර්ගීකරණයට අනුව, කාබන් ෆීල්ට් පොලිඇක්‍රිලෝනයිට්‍රයිල් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට්, විස්කෝස් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් සහ ඇස්ෆල්ට් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් ලෙස බෙදිය හැකිය.

Polyacrylonitrile මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් වල විශාල අළු අන්තර්ගතයක් ඇති අතර, ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිකාරයෙන් පසු මොනොෆිලමන්ට් බිඳෙනසුලු වේ. මෙහෙයුම අතරතුර, උදුන පරිසරය දූෂණය කිරීම සඳහා දූවිලි පහසුවෙන් නිපදවනු ලැබේ. ඒ අතරම, තන්තු පහසුවෙන් මිනිස් සිදුරු සහ ශ්වසන පත්රිකාවට ඇතුල් වන අතර, මිනිස් සෞඛ්යයට හානි කරයි; විස්කෝස් මත පදනම් වූ කාබන් හැඟීම එය හොඳ තාප පරිවාරක ගුණ ඇත, තාප පිරියම් කිරීමෙන් පසු සාපේක්ෂව මෘදු වන අතර දූවිලි නිපදවීමට ඇති ඉඩකඩ අඩුය. කෙසේ වෙතත්, විස්කෝස් මත පදනම් වූ කෙඳිවල හරස්කඩ අක්‍රමවත් හැඩයක් ඇති අතර තන්තු මතුපිට බොහෝ මිටියාවත ඇති අතර එය Czochralski තනි ස්ඵටික සිලිකන් උදුනක ඔක්සිකාරක වායුගෝලය ඉදිරිපිට සෑදීමට පහසුය. CO2 වැනි වායූන් තනි ස්ඵටික සිලිකන් ද්රව්යවල ඔක්සිජන් සහ කාබන් මූලද්රව්යවල වර්ෂාපතනය ඇති කරයි. ප්රධාන නිෂ්පාදකයන් ජර්මානු SGL සහ අනෙකුත් සමාගම් ඇතුළත් වේ. වර්තමානයේ, අර්ධ සන්නායක තනි ස්ඵටික කර්මාන්තයේ තාරතාව මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් බහුලව භාවිතා වන අතර, එහි තාප පරිවාරක කාර්ය සාධනය ඇලෙන සුළු කාබන් වලට වඩා හොඳය. විදුරුමස් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් බාලයි, නමුත් ඇස්ෆල්ට් මත පදනම් වූ කාබන් ෆීල්ට් ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් සහ අඩු දූවිලි විමෝචනයක් ඇත. නිෂ්පාදකයින් අතර ජපානයේ කුරේහා රසායනය, ඔසාකා ගෑස් ආදිය ඇතුළත් වේ.

කාබන් ෆීල්ට් වල හැඩය සවි කර නොමැති බැවින්, එය ක්රියාත්මක කිරීමට අපහසු වේ. දැන් බොහෝ සමාගම් කාබන් ෆීල්ට් මත පදනම් වූ නව තාප පරිවාරක ද්රව්යයක් නිපදවා ඇත - සුව කළ කාබන් හැඟීම. සුව කළ කාබන් ෆීල්ට් දෘඩ හැඟීම් ලෙසද හැඳින්වේ. එය දුම්මල, ලැමිෙන්ටඩ්, ඝණීකෘත සහ කාබන්ඩයොක්සයිඩ් සමග කාවද්දන ලද පසු නිශ්චිත හැඩයක් සහ ස්වයං තිරසාර බවක් ඇති කාබන් හැඟීමකි.

තනි ස්ඵටික සිලිකන් වර්ධනයේ ගුණාත්මක භාවය තාප ක්ෂේත්ර පරිසරය විසින් සෘජුවම බලපාන අතර, කාබන් ෆයිබර් පරිවාරක ද්රව්ය මෙම පරිසරය තුළ ප්රධාන භූමිකාවක් ඉටු කරයි. කාබන් ෆයිබර් තාප පරිවාරක මෘදු හැඟීම තවමත් එහි පිරිවැය වාසි, විශිෂ්ට තාප පරිවාරක බලපෑම, නම්‍යශීලී සැලසුම සහ අභිරුචිකරණය කළ හැකි හැඩය හේතුවෙන් ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ සැලකිය යුතු වාසියක් ලබා ගනී. මීට අමතරව, කාබන් ෆයිබර් දෘඩ පරිවාරක හැඟීම එහි නිශ්චිත ශක්තිය සහ ඉහළ ක්‍රියාකාරීත්වය නිසා තාප ක්ෂේත්‍ර ද්‍රව්‍ය වෙළඳපොලේ සංවර්ධනය සඳහා වැඩි ඉඩක් ඇත. ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ සමෘද්ධිය සහ සංවර්ධනය ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා තාප පරිවාරක ද්‍රව්‍ය ක්ෂේත්‍රයේ පර්යේෂණ හා සංවර්ධනය සඳහා අපි කැපවී සිටින අතර නිෂ්පාදන ක්‍රියාකාරිත්වය අඛණ්ඩව ප්‍රශස්ත කරයි.