蘇君明 12, Lazy 12, 12i 南京晨靈虎科技有限公司, 鄭州 ; 抽象的。 This = 介紹了影子碳復(fù)合場的成分和在群晶中的工作，闡述了碳/碳復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，并穿越了單晶硅爐。 謝虎在網(wǎng)上分析了譚/老元鎖的望煥腳，并提出了相應(yīng)的解決方案。 碳/碳復(fù)合材料j降態(tài)蝸牛比醇基拂矬。 實際應(yīng)用療效尚不明確，在直j立硅單晶硅領(lǐng)嘲明明有很好的應(yīng)用潛力。 關(guān)鍵詞。 炭傷誰擔(dān)誰扛}。 單晶硅生長爐； 熱場。 0 前言 單晶是電子信息材料中最基礎(chǔ)的材料。 作為一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，它已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟和國防科技的各個領(lǐng)域。 近年來我國單晶硅產(chǎn)值和銷售收入增長迅速。 集成電路在世界和中國：半導(dǎo)體分立元件和太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻。 迄今為止，直拉法（cZ）已廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體級和太陽能基態(tài)單晶的生長和制備。 是一種非常成熟的硅單晶生長方法。 晶體生長過程主要分為抽真空、原料熔化、冷卻、引晶、拉肩、拉肩、等徑生長、精加工幾個部分，采用合適的熱系統(tǒng)和拉晶工藝，高質(zhì)量無錯位硅單晶硅可以制備出大半徑的單晶硅，是目前太陽能行業(yè)最主要的拉晶方法。 多晶硅的生產(chǎn)需要大量匹配的熱場材料。 熱場系統(tǒng)是硅材料結(jié)晶的重要條件之一，對硅片質(zhì)量影響很大。 只有合適的熱場才能生長出高質(zhì)量的單晶硅。 良好的熱場很容易使單晶硅變成多晶硅，或者根本無法晶種。

有些熱場雖然只能生長單晶硅，但質(zhì)量較差，存在位錯等結(jié)構(gòu)缺陷。 為此，尋找更好的熱場條件，配置最佳的熱場是直拉單晶硅工藝技術(shù)中非常重要的一環(huán)。 目前，GaAs熱場的主要部件由石墨材料和碳/碳復(fù)合材料制成。 圖 1 顯示了 硅單晶硅冷卻系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。 熱場元件通常包括壓環(huán)、保溫罩、上、中、下保溫罩、坩堝（三瓣蝸牛）、坩堝支撐桿、坩堝托盤、電極、加熱器、導(dǎo)管、螺栓，為了防止lE漏硅、爐底、電極、支撐桿，均裝有防護擾流板、防護罩等。 杭州超馬科技有限公司旨在開發(fā)用于單晶爐的碳/碳復(fù)合熱場組件。 主要產(chǎn)品有炭/炭坩堝、炭/炭導(dǎo)管、螺栓、保溫罩、壓環(huán)、上、中、下保溫罩，爐底護板，電極等。其中，炭/炭坩堝主要是用于低溫承載和旋轉(zhuǎn)石英坩堝，注重結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械性能、純度和機械性能； 導(dǎo)管主要是控制熱場的溫度梯度和引導(dǎo)氫氣流動。 爐膛起支撐和保溫作用； 保溫筒由外包固化碳氈的支撐筒構(gòu)成，其作用是保持坩堝內(nèi)的熱量，減少熱量散失。 圖1 單晶硅熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖1 直拉單晶硅生長過程在直拉法單晶生長中，將商含量的砷化鎵原料裝入單晶硅生長爐的石英坩堝中，通過內(nèi)阻加熱，放置在石頭中的多晶硅原料火焰會枯萎成液態(tài)，通過蝶形煲的功率可以降低或升高硅的溫度，使其達到適合晶體生長的溫度。

將具有特定生長方向的單晶（稱為晶種）放入晶種夾持器中，使晶種與硅溶液接觸，調(diào)節(jié)熔融硅堿溶液的溫度使其接近熔點和體溫，然后將匕首中的晶種向下驅(qū)動到熔體的硅氨水中并旋轉(zhuǎn)，然后慢慢提起晶種，然后單晶長入椎骨，當(dāng)胸椎半徑接近目標(biāo)半徑時，籽晶的增加速率增加，使單晶半徑不再減小，進入晶體生長中期的第74階段。 當(dāng)單晶生長接近尾聲時，籽晶增加速率進一步加快，多晶硅體逐漸脫離I容，導(dǎo)致下胸椎和尾椎生長結(jié)束圓圈。 在拉制單晶硅的過程中，作為石英坩堝支撐物的內(nèi)層碳/炭坩堝是一個易損件。 砷化鎵原料熔化所需的熱量，熔化溫度約為1600℃，因此坩堝必須具有良好的低溫導(dǎo)熱性能。 (2)低溫承重操作：將裝滿砷化鎵原料的石英坩堝放在碳/碳坩堝中，碳/碳坩堝必須承載石英坩堝和砷化鎵等原料的重量，以保證低溫石英坩堝變軟。 原料不會漏出，但在拉晶過程中需要旋轉(zhuǎn)原料，因此對其熱性能要求比較高。 圖2為硅液對坩堝的斥力、對坩堝壁的斥力f1和對坩堝底的斥力f2，它們的合力為f。 因此，在整個拉晶過程中，碳/炭坩堝受力最大的石英坩堝外部就是電弧。

同時，弧下部長期承受低溫，f1在鍋底形成較大的力矩flXH，因此弧下部轉(zhuǎn)角R易折斷。 Bi/rl_鬃三瓣坩堝、心囊坩堝、堰盤、支點l"lN (3)安全功能：緊急停爐時，由于砷化鎵體積冷卻（約10%），石墨坩堝由于石墨材料本身硬度低，在這種情況下，石墨75坩堝通常會爆裂報廢，甚至損壞相鄰部件甚至整個熱場，因此石墨坩堝硬度低且為單晶，硅生產(chǎn)穩(wěn)定性隱患急需更換，碳/碳坩堝采用碳纖維增強復(fù)合材料，具有優(yōu)異的環(huán)向拉伸硬度，但耐光震性好，在反復(fù)的低溫?zé)釠_擊條件下不易形成裂紋，更有效地保障單晶硅的安全生產(chǎn)，碳/碳坩堝是石墨坩堝的升級換代產(chǎn)品。 碳/碳復(fù)合材料坩堝可根據(jù)其在單晶爐中的用途和受力特點設(shè)計成整體式蝶形坩堝和分體式坩堝。 最早開發(fā)的碳/碳坩堝為整體式坩堝，如美國、美國Toyo 開發(fā)的碳纖維粗紗纏繞一體式H蝸桿，金博、南力青云硼金J的針刺碳/碳坩堝等。單晶拉制爐從坩堝中出來，不能通過表面石英熱膨脹力和坩堝內(nèi)殘留硅料的測試，不能滿足使用要求。 分段式坩堝上下接頭在使用過程中容易腐蝕，接縫配合部分材料損壞，失去上下坩堝體的配合精度，造成工作失敗。

迄今為止，國外多晶硅廠商仍傾向于采用傳統(tǒng)的三葉鋅結(jié)構(gòu)，可以降低硅淬火過程中的膨脹力。 3.1導(dǎo)熱系數(shù)如圖5所示，是碳/碳坩堝垂直方向（即徑向）的導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果。 其在溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)小于40W K，材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著工作溫度的下降呈現(xiàn)出增加的趨勢。 76 納鯽試驗水溫圈 5 碳遼謝浦碩聯(lián)對不同結(jié)晶度的碳/碳復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果，星的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的下降有不同的趨勢。 數(shù)據(jù)表明，在900以下，對于結(jié)構(gòu)良好、結(jié)晶度高的樣品，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的下降而逐漸降低； 對于結(jié)晶度低的樣品，熱導(dǎo)率變化緩慢； 結(jié)晶度介于兩者之間。 樣品之間，熱導(dǎo)率先降低后升高。 但熱處理本體溫度、基體濃度和濃度都會影響碳/碳復(fù)合材料的結(jié)晶度，因此不同生產(chǎn)工藝制備的材料的導(dǎo)熱系數(shù)有不同的變化規(guī)律。 3.2李先對炭坩堝產(chǎn)品的拉伸硬度、彎曲硬度和壓縮硬度進行了測試分析，測試結(jié)果見表1。平均壓縮硬度.彎曲硬度M194'拉伸硬度M6&..36't683.3單晶的含量由硅剃鯽魚濁度拉力：體系的熱場含量共同決定。 如果硅含量不高，硅中的雜質(zhì)在低溫下會揮發(fā)，生長的單晶硅會接觸到雜質(zhì)，硅片的質(zhì)量會大大降低。

硅片的含量對硅片產(chǎn)品——太陽能電池板和半導(dǎo)體的性能影響很大。 太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率很大程度上取決于硅片含量。 含量越高，光電轉(zhuǎn)換效率越高，需要對炭/炭坩堝中的雜質(zhì)進行檢測分析。 100'90}。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 1———————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————— 元素濃度高，而其他元素濃度低，這是由使用鐵制工具和手動取樣。 '4木炭談單晶爐低溫下硅蒸氣和一氧化硅顆粒的侵蝕處理，它們聚集在坩堝弧段和直線段的交界處，與木炭表面發(fā)生反應(yīng)腐蝕，使坩堝的碳化炭不斷被腐蝕。 反應(yīng)被消耗，坩堝長度不斷減小，碳纖維被破壞，最終會導(dǎo)致坩堝硬度增加，失效破裂，嚴重影響碳/碳坩堝的使用壽命。 如圖7和圖8所示，坩堝表面的熱Si蒸氣或SiO發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁，Si隨表面熱解而擴散反應(yīng)，碳纖維阻止Si蒸氣Si蒸氣從擴散到材料中，隨著溫度的升高而下沉，特別是當(dāng)碳化物硬度低，孔隙大時，Si蒸氣不斷滲透并與碳化物反應(yīng)，最終成為木炭/木炭坩堝。 使用一段時間后，由碳素/木炭材料制成的木炭倒牛炷炷炭}。 碳/碳復(fù)合材料的熱性能（斷裂硬度）顯著增加，這使得材料容易發(fā)生延性斷裂和失效。

為避免碳/碳復(fù)合材料硅化，可在碳/碳復(fù)合材料表面采取氧化鋁涂層處理等措施，以抵抗?fàn)t內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物對碳/碳復(fù)合材料的硅化腐蝕。 碳纖維的物理穩(wěn)定性明顯低于熱解碳。 可以得出結(jié)論，碳/碳坩堝的使用與石墨坩堝完全不同。 石墨和硅生產(chǎn)的碳化硅的長度會隨著時間的推移而減少。 石墨坩堝的熱性能將完全喪失，造成熱性能不均勻，從而導(dǎo)致石墨坩堝失效。 而木炭/木炭表面的腐蝕主要是熟碳在表面摩擦后開裂（因為碳纖維沒有硅化，所以會看到一些不連續(xù)的小坑，這時候的熱性能木炭將繼續(xù)維護）。 隨著使用的進行，坩堝表面會被打磨光滑，使內(nèi)層的木炭再次變黑。 如此反復(fù)，坩堝會逐漸變薄。 它的減薄速度主要取決于熱解碳的結(jié)構(gòu)和使用過程中相對運動形成的銹團。 針對上述使用中的情況，采取金屬表面噴涂的措施，主要是對復(fù)合材料坩堝表面進行鍍層處理，可以在坩堝表面形成SiC根據(jù)要求。 三相或復(fù)合涂層。 79 調(diào)侃pa 羞咖pa o54，選21的理由是j (1) SiC強度非常高； 顯微強度為，僅次于金剛石，可顯著提高坩堝表面的耐蝕性，提高SiC的強度。 (2)SiC具有高導(dǎo)熱性、優(yōu)良的低溫硬度和抗低溫膨脹性，熱壓氧化鋁材料在1600”C時的低溫彎曲硬度與溫度基本一致；耐光沖擊性能好，物理穩(wěn)定性高；同時可隨工藝成熟。

綜上所述，涂層不僅可以提高坩堝表面的耐磨性，還可以防止低溫下氧化的二氧化碳對坩堝表面的氧化和侵蝕，提高坩堝的使用壽命，同時提高坩堝的低溫硬度和抗熱震性等。 1）碳素坩堝在直拉單晶硅行業(yè)可以替代石墨坩堝。 它的性能很好。 與石墨材料相比，它具有重量輕、熱膨脹系數(shù)低、強度高、使用壽命長等優(yōu)點，更有利于單晶硅。 水晶安全生產(chǎn)。 2）三葉坩堝在單晶爐中的應(yīng)用，可以減少硅液冷卻過程中的膨脹力，比較有利。 3）通過單晶拉爐中碳/碳坩堝材料的實際使用和顯微分析，碳/碳坩堝材料的碳化物碳發(fā)生物理反應(yīng)生成氧化鋁，增加了材料的斷裂硬度和最終使材料容易發(fā)生脆性斷裂和失效。 通過提高坩堝密度、增加孔隙率、對坩堝表面進行涂層處理，可以有效提高碳/碳坩堝的使用壽命。 參考文獻 [l] 孫偉，何強，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)熱場材料領(lǐng)域． 高科技纖維及其應(yīng)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'谷時曬.2011, 36(1):44-47.) [2] 蘇文佳,左然． 單晶爐導(dǎo)流管、隔熱屏及毛月對單晶生長的影響。 七個模擬領(lǐng)域。 合成晶體雜志。 20lo,39(2):5拼1528．SiC涂層SiC纖維改進SiC福州鏟尺】． 柿子工程學(xué)報 (0"): 815.'--820. [4] 肖志英，蔣建春。碳復(fù)合材料在硅單晶硅生長爐中的應(yīng)用前景。第七類新型碳材料： Il ;} 會議，2005 年。