Kristal bakarreko silizioaren hazkuntza-prozesua eremu termikoan gauzatzen da erabat. Eremu termiko on batek kristalaren kalitatea hobetzeko lagungarria da eta kristalizazio eraginkortasun handia du. Eremu termikoaren diseinuak neurri handi batean eremu termiko dinamikoan tenperatura-gradienteen aldaketak eta aldaketak zehazten ditu. Labe-ganberako gas-fluxuak eta eremu termikoan erabilitako materialen desberdintasunak zuzenean zehazten dute eremu termikoaren zerbitzu-bizitza. Arrazoirik gabe diseinatutako eremu termiko batek kalitate-eskakizunak betetzen dituzten kristalak hazteaz gain, ezin ditu kristal bakar osoak hazi prozesu-baldintza batzuen arabera. Horregatik, Czochralski silizio monokristalinoaren industriak eremu termikoaren diseinua oinarrizko teknologiatzat hartzen du eta eskulan eta baliabide material handiak inbertitzen ditu eremu termikoko ikerketan eta garapenean.
Sistema termikoa eremu termikoko hainbat materialez osatuta dago. Arlo termikoan erabiltzen diren materialak laburki aurkeztuko ditugu. Eremu termikoko tenperaturaren banaketari eta kristalen tiraketan duen eraginari dagokionez, ez dugu hemen aztertuko. Eremu termikoko materialak kristalen hazkuntza hutseko labeari egiten dio erreferentzia. Ganberaren egiturazko eta termikoki isolatutako zatiak, funtsezkoak diren erdieroaleen urtu eta kristalen inguruan tenperatura egokia sortzeko oihala sortzeko.
bat. eremu termikoko egiturazko materialak
Czochralski metodoaren bidez kristal bakarreko silizioa hazteko oinarrizko euskarri materiala purutasun handiko grafitoa da. Grafitozko materialek oso paper garrantzitsua dute industria modernoan. Czochralski metodoaren bidez kristal bakarreko silizioa prestatzean, eremu termikoko egitura-osagai gisa erabil daitezke, hala nola, berogailuak, gida-hodiak, arragoa, isolamendu-hodiak eta arragoa erretiluak.
Grafito materiala bolumen handietan prestatzeko erraztasunagatik, prozesagarritasunagatik eta tenperatura altuko erresistentzia propietateengatik aukeratu zen. Diamante edo grafito moduan karbonoak edozein elementu edo konposatu baino urtze-puntu altuagoa du. Grafitozko materiala nahiko sendoa da, batez ere tenperatura altuetan, eta bere eroankortasun elektrikoa eta termikoa ere nahiko ona da. Bere eroankortasun elektrikoari esker, berogailu-material gisa egokia da, eta berogailuak sortutako beroa arragoa eta eremu termikoko beste ataletara uniformeki banatu dezakeen eroankortasun termiko egokia du. Hala ere, tenperatura altuetan, batez ere distantzia luzeetan, bero-transferentzia modu nagusia erradiazioa da.
Grafito-zatiak aglutinatzaile batekin nahastutako karbono-partikula finen estrusioz edo prentsaketa isostatikoz eratzen dira. Kalitate handiko grafitozko piezak normalean isostatikoki sakatzen dira. Pieza osoa lehenik karbonizatu eta gero grafitizatu egiten da oso tenperatura altuetan, 3000°C-tik gertu. Monolito horietatik mekanizatutako piezak sarritan kloroa duen atmosferan purifikatzen dira tenperatura altuetan metalen kutsadura kentzeko, erdieroaleen industriaren eskakizunak betetzeko. Hala ere, garbiketa egokia eginda ere, metalen kutsadura-mailak siliziozko kristal bakarreko materialek onartzen dituztenak baino magnitude ordena handiagoak dira. Horregatik, kontuz ibili behar da eremu termikoko diseinuan osagai horien kutsadura urtu edo kristalen gainazalean sar ez dadin.
Grafitozko materiala apur bat iragazkorra da, eta horri esker, barruan geratzen den metala gainazalera erraz irits daiteke. Gainera, grafitoaren gainazalaren inguruko purga-gasan dagoen silizio monoxidoa material gehienetan sakondu eta erreakzionatu dezake.
Kristal bakarreko silizio-labearen lehen berogailuak metal erregogorrez eginak ziren, hala nola wolframioa eta molibdenoa. Grafitoa prozesatzeko teknologia heltzen den heinean, grafitoaren osagaien arteko konexioen propietate elektrikoak egonkor bihurtzen dira, eta kristal bakarreko siliziozko labe-berogailuek tungstenoa eta molibdenoa eta beste material-berogailuak guztiz ordezkatu dituzte. Gaur egun gehien erabiltzen den grafito-materiala grafito isostatikoa da. semicerak kalitate handiko isostatikoki prentsatutako grafito materialak eman ditzake.
Czochralski kristal bakarreko silizio-labeetan, C/C material konposatuak erabiltzen dira batzuetan, eta gaur egun torlojuak, azkoinak, arragoa, karga-plakak eta beste osagai batzuk fabrikatzeko erabiltzen dira. Karbono/karbono (c/c) material konposatuak karbono-zuntzez indartutako karbonoan oinarritutako material konposatuak dira. Indar espezifiko handia, modulu espezifiko handia, hedapen termiko koefiziente baxua, eroankortasun elektriko ona, haustura-gogortasun handia, grabitate espezifiko baxua, kolpe termikoarekiko erresistentzia, korrosioarekiko erresistentzia, propietate bikain batzuk ditu, hala nola, tenperatura altuko erresistentzia eta gaur egun oso zabala da. aeroespazialean, lasterketetan, biomaterialetan eta beste alor batzuetan erabiltzen da tenperatura altuko erresistentearen egiturazko material mota berri gisa. Gaur egun, etxeko C/C material konposatuek aurkitzen duten botila-lepo nagusia kostu eta industrializazio arazoak dira.
Eremu termikoak sortzeko beste material asko erabiltzen dira. Karbono-zuntzez indartutako grafitoak propietate mekaniko hobeak ditu; hala ere, garestiagoa da eta bestelako diseinu-baldintzak ezartzen ditu. Silizio karburoa (SiC) grafitoa baino material hobea da modu askotan, baina askoz garestiagoa eta zailagoa da bolumen handiko piezak fabrikatzea. Hala ere, SiC CVD estaldura gisa erabiltzen da sarritan silizio monoxidoaren gas erasokorraren eraginpean dauden grafito piezen bizitza handitzeko eta grafitoaren kutsadura murrizteko. CVD silizio karburozko estaldura trinkoak grafitozko material mikroporotsuaren barruko kutsatzaileak gainazalera iristea eragozten du.
Bestea CVD karbonoa da, grafitozko piezen gainean ere geruza trinko bat osa dezakeena. Tenperatura altuko erresistenteak diren beste material batzuk, hala nola, ingurumenarekin bateragarriak diren molibdenoa edo zeramikazko materialak, urtua kutsatzeko arriskurik ez dagoenean erabil daitezke. Dena den, oxido zeramikazkoek tenperatura altuetan grafitozko materialekin zuzeneko ukipenerako egokitasun mugatua dute, askotan alternatiba gutxi utziz isolamendua behar bada. Bat boro nitruro hexagonala da (batzuetan grafito zuria deitzen zaio antzeko propietateengatik), baina propietate mekaniko eskasak ditu. Molibdenoa, oro har, arrazoizkoa da tenperatura altuko aplikazioetarako, bere kostu moderatua, silizio-kristaletan difusibotasun txikia eta bereizketa-koefiziente baxua direla eta, 5 × 108 ingurukoa, kristalaren egitura suntsitu aurretik molibdenoaren kutsaduraren bat ahalbidetzen duena.
bi. Eremu termikoko isolamendu-materialak
Gehien erabiltzen den isolamendu-materiala karbono-fieltroa da hainbat formatan. Karbono-fieltroa isolamendu termiko gisa jokatzen duten zuntz meheez egina dago, distantzia laburrean erradiazio termikoa askotan blokeatzen baitute. Karbonozko feltro biguna material xafla mehe samarretan ehuntzen da, eta gero nahi den forman mozten dira eta zentzuzko erradioan ondo makurtzen dira. Ondutako feltroa zuntz antzeko materialez osatuta dago, karbonoa duen aglutinatzailea erabiliz, sakabanatutako zuntzak objektu sendoago eta dotoreago batean konektatzeko. Aglutinatzaileen ordez karbonoaren lurrun-deposizio kimikoa erabiltzeak materialaren propietate mekanikoak hobetu ditzake.
Normalean, ondutako feltro isolatzailearen kanpoko gainazala grafitozko estaldura edo paper etengabe batekin estaltzen da higadura eta higadura murrizteko, baita partikularen kutsadura murrizteko. Karbonoan oinarritutako beste isolatzaile mota batzuk ere badaude, hala nola karbono-aparra. Oro har, grafitizatutako materialak hobetsi dira argi eta garbi, grafitizazioak zuntzaren azalera asko murrizten duelako. Azalera handiko material hauek askoz ere gasa gutxiago ateratzen dute eta denbora gutxiago behar dute labea hutsune egoki batera eramateko. Beste mota C/C material konposatua da, pisu arina, kalte-tolerantzia handia eta indar handia bezalako ezaugarri nabarmenak dituena. Eremu termikoetan erabiltzen da grafitozko piezak ordezkatzeko, eta horrek grafitozko piezen ordezko maiztasuna nabarmen murrizten du eta kristal bakarreko kalitatea eta ekoizpen-egonkortasuna hobetzen ditu.
Lehengaien sailkapenaren arabera, karbono-feltroa poliakrilonitriloan oinarritutako karbono-feltroa, biskosa-oinarritutako karbono-feltroa eta asfaltoa oinarritutako karbono-feltroa bana daiteke.
Poliakrilonitriloan oinarritutako karbono-feltroak errauts eduki handia du, eta monofilamentuak hauskor bihurtzen dira tenperatura altuko tratamenduaren ondoren. Funtzionamenduan zehar, hautsa erraz sortzen da labearen ingurunea kutsatzeko. Aldi berean, zuntzak erraz sartzen dira gizakien poroetan eta arnasbideetan, gizakiaren osasunean kalteak eraginez; biskosan oinarritutako karbono-feltroa Isolamendu termikoko propietate onak ditu, nahiko biguna da tratamendu termikoaren ondoren, eta hautsa gutxiago sortzen du. Hala ere, biskosa-oinarritutako harien gurutze-sekzioak forma irregularra du eta zuntzaren gainazalean amildegi asko daude, eta hori erraza da Czochralski kristal bakarreko siliziozko labean atmosfera oxidatzaile baten aurrean osatzea. CO2 bezalako gasek oxigeno eta karbono elementuen prezipitazioa eragiten dute kristal bakarreko silizio materialetan. Fabrikatzaile nagusien artean SGL alemaniarra eta beste enpresa batzuk daude. Gaur egun, pitch-oinarritutako karbono-feltroa kristal bakarreko erdieroaleen industrian gehien erabiltzen dena da, eta bere isolamendu termikoaren errendimendua karbono-fieltro itsaskorrarena baino hobea da. Oietako karbono-feltroa txikiagoa da, baina asfaltoan oinarritutako karbono-feltroak purutasun handiagoa eta hauts-igorpen txikiagoa du. Fabrikatzaileen artean Japoniako Kureha Chemical, Osaka Gas, etab.
Karbono-sentimenduaren forma finkoa ez denez, deserosoa da funtzionatzea. Orain, enpresa askok karbono-feltroan oinarritutako isolamendu termikoko material berri bat garatu dute - karbono ondutako feltroa. Ondutako karbono-feltroa ere deitzen zaio feltro gogorra. Karbono-fieltroa da, forma jakin bat eta auto-iraunkortasuna duena, erretxinaz busti, laminatu, solidifikatu eta karbonizatu ondoren.
Kristal bakarreko silizioaren hazkuntza-kalitateak eremu termikoaren inguruneak zuzenean eragiten du, eta karbono-zuntzezko isolamendu-materialek funtsezko zeregina dute ingurune honetan. Karbono-zuntzezko isolamendu termikoko feltro leunak abantaila handia du erdieroale fotovoltaikoen industrian, kostu abantailengatik, isolamendu termiko efektu bikainagatik, diseinu malgua eta forma pertsonalizagarriagatik. Gainera, karbono-zuntzezko isolamendu zurrun-fieltroak eremu termikoko materialen merkatuan garatzeko leku handiagoa izango du bere sendotasun eta funtzionagarritasun handiagoa duelako. Isolamendu termikoko materialen alorrean ikerketa eta garapenarekin konprometituta gaude eta produktuaren errendimendua etengabe optimizatzen dugu erdieroale fotovoltaikoen industriaren oparotasuna eta garapena sustatzeko.
Argitalpenaren ordua: 2024-05-15