轉(zhuǎn) 單晶爐熱場發(fā)展?fàn)顩r

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1、轉(zhuǎn)單晶爐熱場發(fā)展?fàn)顩r石墨熱場部件傳統(tǒng)的直拉單進(jìn)爐用以生產(chǎn)硅半導(dǎo)體器件所需的硅單晶材料，隨著全球能源供應(yīng)的緊張，以及人類對清潔和可持續(xù)能源的需求，有效地利用太陽能已成為當(dāng)今能源領(lǐng)域的主題，近年來，我國以生產(chǎn)太陽能電池用硅單晶產(chǎn)業(yè)也有很大的發(fā)展。目前在硅材料的生產(chǎn)制造過程中大量使用石墨制品，其中，石墨制品在直拉單晶硅工藝中應(yīng)用尤為典型，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有工作狀態(tài)的單晶爐超過2000臺左右，其中直拉單晶爐用以生產(chǎn)硅半導(dǎo)體器件所需的硅單晶材料以16寸熱場為主，直拉單晶爐用以生產(chǎn)太陽能電池用的硅單晶材料以18為主，熱場零部件除保溫氈以外，主要由高純度等

2、靜壓石墨構(gòu)成，有20多個部件，隨著單晶尺寸的增大，對石墨的規(guī)格及特性的要求也越來越高，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，硅片的直徑也經(jīng)歷了從70年代的2寸到本世紀(jì)的12寸，甚至16寸的發(fā)展過程，相對于硅棒(片)的尺寸，工藝上要求熱場尺寸是其3倍，即生產(chǎn)12寸的硅單晶，就需要36寸(900MM)直徑的熱場部件，如上所述，現(xiàn)代工業(yè)對單晶爐熱場材料規(guī)格的要求有朝大尺寸發(fā)展的趨勢，目前國內(nèi)石墨廠家所擁有的等靜壓石墨生產(chǎn)設(shè)備尚不能滿足市場的這一需求，大規(guī)格石墨基本上依耐于進(jìn)口，年進(jìn)口大規(guī)格等靜壓石墨總量應(yīng)該在1000噸以上，進(jìn)口石墨價格昂貴，供貨不及時，這將影響我國微

3、電子工業(yè)的發(fā)展。石墨件在單晶爐熱場材料防買內(nèi)有較廣泛的應(yīng)用，但也存在一些以下不足，1)石墨件強(qiáng)度低，脆性大，易損壞，CZ法將多晶硅塊料和添加元素(摻雜)裝入石英坩堝，用石墨制的加熱器加熱至1500-1600度，使多晶硅塊料融化，這是石英坩堝受熱部分液化膨脹，在冷卻時石英坩堝液化部分直接凝固不收縮，對石墨坩堝產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力，在多次開爐，停爐加熱器冷卻過程中，石墨坩堝將很快產(chǎn)生裂紋并破壞。2)石墨件強(qiáng)度低，脆性大必須做的較厚，才能保證強(qiáng)度，這樣設(shè)備的工作容積受到了限制，不能生產(chǎn)尺寸更長，更大直徑的產(chǎn)品，浪費(fèi)大量設(shè)備投資費(fèi)用，3)在拉制大直徑的產(chǎn)品

4、時，石墨熱場產(chǎn)品成型困難，如果要制造超大直徑的石墨熱場零部件其制造成本加工成本都很高4)石墨熱場產(chǎn)品在反復(fù)高溫?zé)嵴駰l件下產(chǎn)生裂紋，微裂紋的存在改變了其熱傳導(dǎo)性能，石墨加熱器的功率與硅溶體的溫度場發(fā)生變化，將影響拉單晶的效率和拉出的晶體的質(zhì)量和品質(zhì)，碳碳復(fù)合材料熱場部件碳碳復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，耐燒蝕性好，抗熱沖擊好，損傷容限高，高溫強(qiáng)度等突出特點(diǎn)，世界先進(jìn)國家竟相開發(fā)，用作單晶硅爐用熱場材料，目前，國外碳碳復(fù)合材料，熱場產(chǎn)品已得到實(shí)際應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)商品化，國內(nèi)也有多家單位開展了這方面的研究，目前，國外碳碳復(fù)合材料，熱場產(chǎn)品已得到實(shí)際應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)商品化，其

5、技術(shù)發(fā)展趨勢為研制大直徑，高強(qiáng)度，使用壽命長的碳碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品，以適應(yīng)單晶硅逐漸向大型方向發(fā)展的需要，碳碳復(fù)合材料，作為熱場材料用語單晶硅爐中，在國外已經(jīng)開始研究和應(yīng)用，但是，由于其造價較高，在國內(nèi)，碳碳復(fù)合材料作為熱場材料發(fā)展緩慢從表中可以看出，碳碳復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，損傷容限高，強(qiáng)度高等突出優(yōu)點(diǎn)，用作熱場產(chǎn)品，與石墨產(chǎn)品比較，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1)碳碳復(fù)合材料用作單晶爐熱場產(chǎn)品，大幅度延長產(chǎn)品的使用壽命減少更換部件的次數(shù)，從而提高設(shè)備的利用率，減少維修成本2)用做拉單晶硅的坩堝時，由于石英坩堝對石墨坩堝產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力作用，石墨坩堝只好做

6、成三瓣，或在坩堝上開熱膨脹槽，而使用碳碳復(fù)合才來哦熱插關(guān)內(nèi)產(chǎn)品由于不用開熱膨脹槽，可以做成一個整體，可以在石英坩堝內(nèi)獲得更均勻的熱場，可以提高成品率，而且可以避免漏硅事故造成的損失，據(jù)統(tǒng)計(jì)一次漏硅事故造成的設(shè)備材料方面的損失超過10萬3)碳碳復(fù)合材料用作單晶硅爐熱場產(chǎn)品時，現(xiàn)有設(shè)備具有固定的工作容積，而由于碳碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，與石墨產(chǎn)品相比，可以做的更薄，從而可以利用現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)尺寸更長，更大直徑的產(chǎn)品，可節(jié)約大量新設(shè)備投資費(fèi)用4)在拉制大直徑的產(chǎn)品時，石墨熱場產(chǎn)品成型困難，如果要制造超大大直徑的石墨熱場零件其制造成本加工成本都很高，而由

7、于碳碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，目前國外拉制大直徑的產(chǎn)品時，較多地采用了碳碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品。5)石墨熱場產(chǎn)品在反復(fù)高溫條件下易產(chǎn)生裂紋，微裂紋的存在改變了其熱傳導(dǎo)性能，使加熱時，石墨加熱器的功率與硅溶體的溫度場發(fā)生變化，將影響拉晶的效率和拉出的品質(zhì)，而使用碳碳復(fù)合材料熱場產(chǎn)品可以克服這個缺點(diǎn)6)碳碳復(fù)合材料用作單晶爐熱場產(chǎn)品時，導(dǎo)熱系數(shù)比石墨熱場產(chǎn)品低很多用做隔熱保溫材料隔熱保溫效果好，可以節(jié)約大量的電能，節(jié)省大量的電費(fèi)開支可有效的降低單晶硅生產(chǎn)成本，隨著全球能源供應(yīng)的緊張，單晶硅生產(chǎn)作為高耗能行業(yè)，能源消耗的降低具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義?？偟目?/p>

8、來，單晶硅拉制爐用熱場材料的研究和應(yīng)用經(jīng)歷了石墨材料和碳碳復(fù)合材料的發(fā)展歷程，以減少部件的更換率和提高設(shè)備生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)的單