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单晶炉碳-碳复合坩埚应用分析.pdf

时间:2023-06-12 16:05:46 点击:273次

苏君明 12, Lazy 12, 12i 南京晨灵虎科技有限公司, 郑州 ; 抽象的。 This = 介绍了影子碳复合场的成分和在群晶中的工作,阐述了碳/碳复合体的结构,并穿越了单晶硅炉。 谢虎在网上分析了谭/老元锁的望焕脚,并提出了相应的解决方案。 碳/碳复合材料j降态蜗牛比醇基拂矬。 实际应用疗效尚不明确,在直j立硅单晶硅领嘲明明有很好的应用潜力。 关键词。 炭伤谁担谁扛}。 单晶硅生长炉; 热场。 0 前言 单晶是电子信息材料中最基础的材料。 作为一种优良的半导体材料,它已经渗透到国民经济和国防科技的各个领域。 近年来我国单晶硅产值和销售收入增长迅速。 集成电路在世界和中国:半导体分立元件和太阳能光伏电池产业的发展做出了巨大贡献。 迄今为止,直拉法(cZ)已广泛应用于各种半导体级和太阳能基态单晶的生长和制备。 是一种非常成熟的硅单晶生长方法。 晶体生长过程主要分为抽真空、原料熔化、冷却、引晶、拉肩、拉肩、等径生长、精加工几个部分,采用合适的热系统和拉晶工艺,高质量无错位硅单晶硅可以制备出大半径的单晶硅,是目前太阳能行业最主要的拉晶方法。 多晶硅的生产需要大量匹配的热场材料。 热场系统是硅材料结晶的重要条件之一,对硅片质量影响很大。 只有合适的热场才能生长出高质量的单晶硅。 良好的热场很容易使单晶硅变成多晶硅,或者根本无法晶种。

有些热场虽然只能生长单晶硅,但质量较差,存在位错等结构缺陷。 为此,寻找更好的热场条件,配置最佳的热场是直拉单晶硅工艺技术中非常重要的一环。 目前,GaAs热场的主要部件由石墨材料和碳/碳复合材料制成。 图 1 显示了 硅单晶硅冷却系统的典型结构。 热场元件通常包括压环、保温罩、上、中、下保温罩、坩埚(三瓣蜗牛)、坩埚支撑杆、坩埚托盘、电极、加热器、导管、螺栓,为了防止lE漏硅、炉底、电极、支撑杆,均装有防护扰流板、防护罩等。 杭州超马科技有限公司旨在开发用于单晶炉的碳/碳复合热场组件。 主要产品有炭/炭坩埚、炭/炭导管、螺栓、保温罩、压环、上、中、下保温罩,炉底护板,电极等。其中,炭/炭坩埚主要是用于低温承载和旋转石英坩埚,注重结构设计、机械性能、纯度和机械性能; 导管主要是控制热场的温度梯度和引导氢气流动。 炉膛起支撑和保温作用; 保温筒由外包固化碳毡的支撑筒构成,其作用是保持坩埚内的热量,减少热量散失。 图1 单晶硅热系统结构图 图1 直拉单晶硅生长过程在直拉法单晶生长中,将商含量的砷化镓原料装入单晶硅生长炉的石英坩埚中,通过内阻加热,放置在石头中的多晶硅原料火焰会枯萎成液态,通过蝶形煲的功率可以降低或升高硅的温度,使其达到适合晶体生长的温度。

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将具有特定生长方向的单晶(称为晶种)放入晶种夹持器中,使晶种与硅溶液接触,调节熔融硅碱溶液的温度使其接近熔点和体温,然后将匕首中的晶种向下驱动到熔体的硅氨水中并旋转,然后慢慢提起晶种,然后单晶长入椎骨,当胸椎半径接近目标半径时,籽晶的增加速率增加,使单晶半径不再减小,进入晶体生长中期的第74阶段。 当单晶生长接近尾声时,籽晶增加速率进一步加快,多晶硅体逐渐脱离I容,导致下胸椎和尾椎生长结束圆圈。 在拉制单晶硅的过程中,作为石英坩埚支撑物的内层碳/炭坩埚是一个易损件。 砷化镓原料熔化所需的热量,熔化温度约为1600℃,因此坩埚必须具有良好的低温导热性能。 (2)低温承重操作:将装满砷化镓原料的石英坩埚放在碳/碳坩埚中,碳/碳坩埚必须承载石英坩埚和砷化镓等原料的重量,以保证低温石英坩埚变软。 原料不会漏出,但在拉晶过程中需要旋转原料,因此对其热性能要求比较高。 图2为硅液对坩埚的斥力、对坩埚壁的斥力f1和对坩埚底的斥力f2,它们的合力为f。 因此,在整个拉晶过程中,碳/炭坩埚受力最大的石英坩埚外部就是电弧。

同时,弧下部长期承受低温,f1在锅底形成较大的力矩flXH,因此弧下部转角R易折断。 Bi/rl_鬃三瓣坩埚、心囊坩埚、堰盘、支点l"lN (3)安全功能:紧急停炉时,由于砷化镓体积冷却(约10%),石墨坩埚由于石墨材料本身硬度低,在这种情况下,石墨75坩埚通常会爆裂报废,甚至损坏相邻部件甚至整个热场,因此石墨坩埚硬度低且为单晶,硅生产稳定性隐患急需更换,碳/碳坩埚采用碳纤维增强复合材料,具有优异的环向拉伸硬度,但耐光震性好,在反复的低温热冲击条件下不易形成裂纹,更有效地保障单晶硅的安全生产,碳/碳坩埚是石墨坩埚的升级换代产品。 碳/碳复合材料坩埚可根据其在单晶炉中的用途和受力特点设计成整体式蝶形坩埚和分体式坩埚。 最早开发的碳/碳坩埚为整体式坩埚,如美国、美国Toyo 开发的碳纤维粗纱缠绕一体式H蜗杆,金博、南力青云硼金J的针刺碳/碳坩埚等。单晶拉制炉从坩埚中出来,不能通过表面石英热膨胀力和坩埚内残留硅料的测试,不能满足使用要求。 分段式坩埚上下接头在使用过程中容易腐蚀,接缝配合部分材料损坏,失去上下坩埚体的配合精度,造成工作失败。

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迄今为止,国外多晶硅厂商仍倾向于采用传统的三叶锌结构,可以降低硅淬火过程中的膨胀力。 3.1导热系数如图5所示,是碳/碳坩埚垂直方向(即径向)的导热系数测试结果。 其在温度下的导热系数小于40W K,材料的导热系数随着工作温度的下降呈现出增加的趋势。 76 纳鲫试验水温圈 5 碳辽谢浦硕联对不同结晶度的碳/碳复合材料的导热系数测试结果,星的导热系数随温度的下降有不同的趋势。 数据表明,在900以下,对于结构良好、结晶度高的样品,导热系数随温度的下降而逐渐降低; 对于结晶度低的样品,热导率变化缓慢; 结晶度介于两者之间。 样品之间,热导率先降低后升高。 但热处理本体温度、基体浓度和浓度都会影响碳/碳复合材料的结晶度,因此不同生产工艺制备的材料的导热系数有不同的变化规律。 3.2李先对炭坩埚产品的拉伸硬度、弯曲硬度和压缩硬度进行了测试分析,测试结果见表1。平均压缩硬度.弯曲硬度M194'拉伸硬度M6&..36't683.3单晶的含量由硅剃鲫鱼浊度拉力:体系的热场含量共同决定。 如果硅含量不高,硅中的杂质在低温下会挥发,生长的单晶硅会接触到杂质,硅片的质量会大大降低。

硅片的含量对硅片产品——太阳能电池板和半导体的性能影响很大。 太阳能电池板的光电转换效率很大程度上取决于硅片含量。 含量越高,光电转换效率越高,需要对炭/炭坩埚中的杂质进行检测分析。 100'90}。 . . . . . . . . . . . . . 1———————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————— 元素浓度高,而其他元素浓度低,这是由使用铁制工具和手动取样。 '4木炭谈单晶炉低温下硅蒸气和一氧化硅颗粒的侵蚀处理,它们聚集在坩埚弧段和直线段的交界处,与木炭表面发生反应腐蚀,使坩埚的碳化炭不断被腐蚀。 反应被消耗,坩埚长度不断减小,碳纤维被破坏,最终会导致坩埚硬度增加,失效破裂,严重影响碳/碳坩埚的使用寿命。 如图7和图8所示,坩埚表面的热Si蒸气或SiO发生反应生成氧化铝,Si随表面热解而扩散反应,碳纤维阻止Si蒸气Si蒸气从扩散到材料中,随着温度的升高而下沉,特别是当碳化物硬度低,孔隙大时,Si蒸气不断渗透并与碳化物反应,最终成为木炭/木炭坩埚。 使用一段时间后,由碳素/木炭材料制成的木炭倒牛炷炷炭}。 碳/碳复合材料的热性能(断裂硬度)显着增加,这使得材料容易发生延性断裂和失效。

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为避免碳/碳复合材料硅化,可在碳/碳复合材料表面采取氧化铝涂层处理等措施,以抵抗炉内反应产物对碳/碳复合材料的硅化腐蚀。 碳纤维的物理稳定性明显低于热解碳。 可以得出结论,碳/碳坩埚的使用与石墨坩埚完全不同。 石墨和硅生产的碳化硅的长度会随着时间的推移而减少。 石墨坩埚的热性能将完全丧失,造成热性能不均匀,从而导致石墨坩埚失效。 而木炭/木炭表面的腐蚀主要是熟碳在表面摩擦后开裂(因为碳纤维没有硅化,所以会看到一些不连续的小坑,这时候的热性能木炭将继续维护)。 随着使用的进行,坩埚表面会被打磨光滑,使内层的木炭再次变黑。 如此反复,坩埚会逐渐变薄。 它的减薄速度主要取决于热解碳的结构和使用过程中相对运动形成的锈团。 针对上述使用中的情况,采取金属表面喷涂的措施,主要是对复合材料坩埚表面进行镀层处理,可以在坩埚表面形成SiC根据要求。 三相或复合涂层。 79 调侃pa 羞咖pa o54,选21的理由是j (1) SiC强度非常高; 显微强度为,仅次于金刚石,可显着提高坩埚表面的耐蚀性,提高SiC的强度。 (2)SiC具有高导热性、优良的低温硬度和抗低温膨胀性,热压氧化铝材料在1600”C时的低温弯曲硬度与温度基本一致;耐光冲击性能好,物理稳定性高;同时可随工艺成熟。

综上所述,涂层不仅可以提高坩埚表面的耐磨性,还可以防止低温下氧化的二氧化碳对坩埚表面的氧化和侵蚀,提高坩埚的使用寿命,同时提高坩埚的低温硬度和抗热震性等。 1)碳素坩埚在直拉单晶硅行业可以替代石墨坩埚。 它的性能很好。 与石墨材料相比,它具有重量轻、热膨胀系数低、强度高、使用寿命长等优点,更有利于单晶硅。 水晶安全生产。 2)三叶坩埚在单晶炉中的应用,可以减少硅液冷却过程中的膨胀力,比较有利。 3)通过单晶拉炉中碳/碳坩埚材料的实际使用和显微分析,碳/碳坩埚材料的碳化物碳发生物理反应生成氧化铝,增加了材料的断裂硬度和最终使材料容易发生脆性断裂和失效。 通过提高坩埚密度、增加孔隙率、对坩埚表面进行涂层处理,可以有效提高碳/碳坩埚的使用寿命。 参考文献 [l] 孙伟,何强,太阳能光伏产业热场材料领域. 高科技纤维及其应用。 2011, 36(1): . (S[7NW.ij FI]m新疆m缸6m基西安iaof qupo 缺陷如此分泌于'谷时晒.2011, 36(1):44-47.) [2] 苏文佳,左然. 单晶炉导流管、隔热屏及毛月对单晶生长的影响。 七个模拟领域。 合成晶体杂志。 20lo,39(2):5拼1528.SiC涂层SiC纤维改进SiC福州铲尺】. 柿子工程学报 (0"): 815.'--820. [4] 肖志英,蒋建春。碳复合材料在硅单晶硅生长炉中的应用前景。第七类新型碳材料: Il ;} 会议,2005 年。