سیستم میدان حرارتی مبتنی بر کربن

1. نقش میدان های حرارتی مبتنی بر کربن از اجزای عایق به تنظیم کننده های پنجره فرآیند تکامل یافته است.

ارزش میدان حرارتی مبتنی بر کربن بسیار فراتر از عایق حرارتی سنتی است. در سیستم های رشد کریستال مدرن، به عنوان یک پلت فرم کنترل فرآیند جامع عمل می کند که به طور مستقیم بر کیفیت، بهره وری و هزینه های عملیاتی کریستال تأثیر می گذارد. کارکردهای اصلی آن را می توان در چهار سطح خلاصه کرد:

مشخصات تجهیزات در دسترس عموم نشان می‌دهد که فناوری رشد کریستال فتوولتائیک Czochralski (CZ) وارد مرحله جدیدی شده است که مشخصه آن کوره‌های بزرگ‌تر، میدان‌های حرارتی بزرگ‌تر، افزایش ظرفیت شارژ، کشش هوشمند کریستال و کنترل پیشرفته کم اکسیژن است.

با توجه به مشخصات منتشر شده، برخی از سیستم‌های رشد کریستال پیشرفته دارای اندازه محفظه اصلی Φ1700 × 2100 میلی‌متر هستند و میدان‌های حرارتی تا قطر 42 اینچ را پشتیبانی می‌کنند. اندازه های بوته سازگار شامل 33، 37، 40 و 42 اینچ است که به ترتیب با ظرفیت های شارژ تقریباً 700 کیلوگرم، 1000 کیلوگرم، 1200 کیلوگرم و 1300 کیلوگرم مطابقت دارد.

علاوه بر این، این سیستم ها پیشرفت های قابل توجهی را در کارایی عملیاتی نشان می دهند، از جمله:

· مصرف برق با قطر ثابت تا 42 کیلو وات

· مصرف آب خنک کننده تا 20 متر مکعب در ساعت

· خروجی کریستال روزانه بیش از 200 کیلوگرم

· سازگاری با فناوری Continuous Czochralski (CCz) و پیکربندی‌های رشد کریستال به کمک میدان مغناطیسی

این پیشرفت‌ها نشان می‌دهد که طراحی میدان حرارتی به یک عامل مهم در تعیین کیفیت کریستال، راندمان تولید و هزینه کلی تولید تبدیل شده است.

2. ابعاد کوره

2.1 کوره های رشد تک کریستال فتوولتائیک CZ

پوسته پوسته شدن کوره های رشد کریستال CZ بسیار بیشتر از افزایش ابعاد ساده کوره است. طراحی موفق کوره در مقیاس بزرگ مستلزم بهینه سازی هماهنگ پارامترهای زیر است:

· قطر محفظه اصلی

· ارتفاع اتاقک کمکی

· ابعاد باز شدن گلو

· اندازه بوته

· ترخیص محافظ حرارتی

· رابط های تغذیه

· مسیرهای خلاء و اگزوز

منطق مهندسی معمولی پشت طراحی کوره در مقیاس بزرگ در زیر خلاصه شده است:

ظرفیت شارژ اولیه

این به مقدار ماده خام بارگیری شده در بوته در یک زمان اشاره دارد و مستقیماً با اندازه بوته تعیین می شود. مشخصات تجهیزات در دسترس عموم معمولاً ظرفیت های بین 700 کیلوگرم تا 1300 کیلوگرم را نشان می دهد.

مجموع ظرفیت شارژ در هر کمپین کوره

این شامل چرخه های شارژ مجدد یا عملیات تغذیه مداوم در طول یک دوره کامل تولید است. در نتیجه، کل مواد پردازش شده در طی یک کارزار کوره می تواند به طور قابل توجهی بیشتر از شارژ اولیه باشد.

به عنوان مثال، مقایسه های صنعت افشا شده در اسناد دفترچه عمومی نشان می دهد که:

یک میدان حرارتی 32 اینچی می تواند تا 3000 کیلوگرم مواد را در هر کوره پردازش کند.

یک میدان حرارتی 36 اینچی می تواند تا 3500 کیلوگرم مواد را در هر کوره پردازش کند.

این مقادیر به جای ظرفیت بارگیری یکباره بوته، کل تولید را در کل چرخه عملیاتی نشان می دهد.

2.2 کوره های رشد کریستال PVT SiC

پوسته پوسته شدن کوره های رشد کریستال PVT کاربید سیلیکون (SiC) به طور قابل توجهی چالش برانگیزتر از بزرگ کردن سیستم های سیلیکون CZ معمولی است.

برخلاف فرآیند Czochralski، کریستال‌های SiC از فاز مذاب رشد نمی‌کنند. در عوض، حمل و نقل بخار فیزیکی (PVT) به تصعید پودر منبع SiC در دماهای بسیار بالا متکی است. گونه های بخار تولید شده در امتداد یک گرادیان درجه حرارت محوری منتقل می شوند و متعاقباً روی یک کریستال دانه SiC نسبتاً خنک تر متبلور می شوند.

مطالعه ای که توسط انجمن سلطنتی شیمی (RSC، 2026) بر روی رشد کریستال 150 میلی متری SiC PVT منتشر شده است، سیستم حرارتی را به عنوان متشکل از پنج جزء اصلی توصیف می کند:

· نمد عایق حرارتی

· بوته گرافیتی

· کریستال دانه SiC

· مواد منبع SiC

· بخاری مقاومتی

در طول رشد کریستال، پودر منبع تحت دمای بالا تصعید می‌شود و گونه‌هایی در فاز بخار تولید می‌کند که تحت گرادیان دما به سمت بالا مهاجرت می‌کنند و سپس روی کریستال دانه‌ای با دمای پایین‌تر رسوب می‌کنند تا یک کریستال واحد را تشکیل دهند.

در نتیجه، افزایش اندازه یک کوره PVT SiC صرفاً به دستیابی به دمای بالاتر نیست. چالش های مهندسی اولیه عبارتند از:

الف حفظ گرادیان دمای محوری کافیبرای هدایت مداوم فرآیند تصعید-حمل و تبلور.

ب به حداقل رساندن گرادیان دمای شعاعیبرای کاهش تنش حرارتی، جلوگیری از ترک خوردگی کریستال، و سرکوب تبدیل پلی تایپ.

ج حفظ پایداری میدان حرارتیدر طول فرآیند رشد، زیرا پودر منبع به تدریج مصرف می شود.

د حفظ یک رابط رشد کریستال قابل کنترلدر طول انتقال به تولید ویفر SiC 8 اینچی و 12 اینچی آینده.

در مقایسه با رشد کریستال سیلیکون، میدان حرارتی در سیستم‌های SiC PVT باید پایداری دمایی بالاتر و کنترل حرارتی دقیق‌تری را ارائه دهد، که طراحی میدان حرارتی را به یکی از حیاتی‌ترین فناوری‌ها برای تولید کریستال SiC با قطر بزرگ تبدیل می‌کند.

3. جفت بحرانی بین طراحی تجهیزات و عملکرد میدان حرارتی

تعامل بین پیکربندی کوره، طراحی میدان حرارتی، کیفیت کریستال و هزینه ساخت را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

تکامل مداوم تجهیزات رشد کریستال نشان می دهد که میدان حرارتی دیگر صرفاً یک مجموعه ساختاری غیرفعال نیست. در عوض، به یک سیستم کنترل فرآیند یکپارچه تبدیل شده است که به طور همزمان بر انتقال حرارت، دینامیک سیالات، انتقال جرم، توزیع ناخالصی و کیفیت کریستال نظارت می کند.

همانطور که قطر ویفر همچنان در حال افزایش است و مواد نیمه هادی پیشرفته تر می شوند، سیستم های میدان حرارتی آینده به طور فزاینده ای به شبیه سازی دیجیتال، بهینه سازی چند فیزیک، کنترل هوشمند دما و طراحی سفارشی اجزای کربن-گرافیت برای دستیابی به بهره وری بالاتر، تراکم نقص کمتر و راندمان تولید بهبود یافته متکی خواهند بود.

Semicorex مجموعه ای جامع از عملکرد بالا را ارائه می دهدگرافیتوکوارتزاجزای سیستم های میدان حرارتی پیشرفته مورد استفاده در کاربردهای رشد کریستال سیلیکون و SiC. محصولات ما به گونه ای طراحی شده اند که پایداری حرارتی برتر، عمر مفید طولانی و ثبات فرآیند استثنایی را ارائه دهند. برای راه‌حل‌های سفارشی‌شده یا اطلاعات فنی بیشتر، لطفاً با تیم مهندسی ما تماس بگیرید.

تلفن: +86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com