การประยุกต์ใช้การเคลือบ SiC และ TaC ในสาขาเซมิคอนดักเตอร์มีอะไรบ้าง

ภาคเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการกำหนดอย่างกว้างๆ อย่างไร และมีองค์ประกอบหลักอะไรบ้าง

ภาคเซมิคอนดักเตอร์ในวงกว้างหมายถึงการใช้คุณสมบัติของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์ (IC) จอแสดงผลเซมิคอนดักเตอร์ (แผง LCD/OLED) ไฟส่องสว่างเซมิคอนดักเตอร์ (LED) และผลิตภัณฑ์พลังงานเซมิคอนดักเตอร์ (เซลล์แสงอาทิตย์) ผ่านกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่เกี่ยวข้อง วงจรรวมคิดเป็นสัดส่วนมากถึง 80% ของภาคส่วนนี้ ดังนั้น หากพูดอย่างแคบ ๆ อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์มักหมายถึงอุตสาหกรรม IC โดยเฉพาะ

โดยพื้นฐานแล้ว การผลิตเซมิคอนดักเตอร์เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างวงจรบน "สารตั้งต้น" และเชื่อมต่อวงจรนี้เข้ากับระบบจ่ายไฟและการควบคุมภายนอกเพื่อให้ได้ฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลาย วัสดุพิมพ์เป็นคำที่ใช้ในอุตสาหกรรม สามารถทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น Si หรือ SiC หรือวัสดุที่ไม่ใช่เซมิคอนดักเตอร์ เช่น แซฟไฟร์หรือแก้ว ยกเว้นอุตสาหกรรม LED และแผง เวเฟอร์ซิลิคอนเป็นสารตั้งต้นที่ใช้กันมากที่สุด Epitaxy หมายถึงกระบวนการของการปลูกวัสดุฟิล์มบางใหม่บนพื้นผิว โดยมีวัสดุทั่วไปได้แก่ Si, SiC, GaN, GaAs เป็นต้น Epitaxy ให้ความยืดหยุ่นอย่างมากสำหรับนักออกแบบอุปกรณ์ในการปรับประสิทธิภาพของอุปกรณ์ให้เหมาะสมที่สุดโดยการควบคุมปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาของสารต้องห้าม ความเข้มข้นและโปรไฟล์ของชั้นเอพิแทกเซียล โดยไม่ขึ้นกับซับสเตรต การควบคุมนี้ทำได้โดยการเติมสารต้องห้ามในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว

อะไรคือกระบวนการส่วนหน้าในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์?

กระบวนการส่วนหน้าเป็นส่วนที่ซับซ้อนทางเทคนิคและต้องใช้เงินทุนมากที่สุดของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยต้องทำซ้ำขั้นตอนเดียวกันหลายครั้ง ดังนั้นจึงเรียกว่า "กระบวนการแบบวนรอบ" โดยหลักๆ แล้วประกอบด้วยการทำความสะอาด การออกซิเดชัน การพิมพ์หินด้วยแสง การแกะสลัก การฝังไอออน การแพร่กระจาย การหลอม การสะสมของฟิล์มบาง และการขัดเงา

สารเคลือบปกป้องอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างไร

อุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีการกัดกร่อนสูง และต้องการความสะอาดที่สูงมาก ดังนั้นการปกป้องส่วนประกอบภายในของอุปกรณ์จึงเป็นความท้าทายที่สำคัญ เทคโนโลยีการเคลือบช่วยเพิ่มและปกป้องวัสดุฐานโดยการสร้างชั้นเคลือบบาง ๆ บนพื้นผิว การปรับเปลี่ยนนี้ช่วยให้วัสดุฐานทนทานต่อสภาพแวดล้อมการผลิตที่รุนแรงและซับซ้อนมากขึ้น ปรับปรุงความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน และยืดอายุการใช้งาน

ทำไมถึงเป็นการเคลือบ SiCมีความสำคัญในโดเมนการผลิตพื้นผิวซิลิคอนหรือไม่

ในเตาหลอมคริสตัลซิลิคอน ไอซิลิคอนอุณหภูมิสูงประมาณ 1,500°C สามารถกัดกร่อนกราไฟท์หรือส่วนประกอบของวัสดุคาร์บอน-คาร์บอนได้อย่างมีนัยสำคัญ การทาที่มีความบริสุทธิ์สูงการเคลือบ SiCบนส่วนประกอบเหล่านี้สามารถป้องกันไอซิลิกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบ

กระบวนการผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์มีความซับซ้อน โดยมีหลายขั้นตอน โดยมีการเติบโตของคริสตัล การสร้างเวเฟอร์ซิลิคอน และการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวเป็นขั้นตอนหลัก การเติบโตของคริสตัลเป็นกระบวนการหลักในการผลิตเวเฟอร์ซิลิคอน ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมผลึกเดี่ยว พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ การวางแนวของคริสตัล ประเภทการนำไฟฟ้าที่ใช้สารต้องห้าม ช่วงและการกระจายของความต้านทาน ความเข้มข้นของคาร์บอนและออกซิเจน และข้อบกพร่องของแลตทิซจะถูกกำหนด โดยทั่วไปซิลิคอนผลึกเดี่ยวจะถูกเตรียมโดยใช้วิธี Czochralski (CZ) หรือวิธี Float Zone (FZ) วิธี CZ เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด โดยคิดเป็นประมาณ 85% ของผลึกเดี่ยวของซิลิคอน เวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 12 นิ้วสามารถผลิตได้โดยใช้วิธี CZ เท่านั้น วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการใส่วัสดุโพลีซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงในเบ้าหลอมควอตซ์ จากนั้นละลายภายใต้การป้องกันของก๊าซเฉื่อยที่มีความบริสุทธิ์สูง จากนั้นจึงใส่เมล็ดซิลิคอนผลึกเดี่ยวเข้าไปในการละลาย เมื่อดึงเมล็ดขึ้นมา คริสตัลจะเติบโตเป็นแท่งซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์

เป็นอย่างไรบ้างทาซีเคลือบพัฒนาด้วยวิธี PVT หรือไม่

คุณลักษณะโดยธรรมชาติของ SiC (ไม่มีเฟสของเหลว Si:C=1:1 ที่ความดันบรรยากาศ) ทำให้การเติบโตของผลึกเดี่ยวมีความท้าทาย ในปัจจุบัน วิธีการกระแสหลัก ได้แก่ การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT), การสะสมไอสารเคมีที่อุณหภูมิสูง (HT-CVD) และ Epitaxy เฟสของเหลว (LPE) ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ PVT ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดเนื่องจากมีความต้องการอุปกรณ์ที่ต่ำกว่า กระบวนการที่ง่ายกว่า ความสามารถในการควบคุมที่แข็งแกร่ง และการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่เป็นที่ยอมรับ

วิธี PVT ช่วยให้สามารถควบคุมสนามอุณหภูมิตามแนวแกนและแนวรัศมีได้โดยการปรับสภาวะฉนวนกันความร้อนภายนอกเบ้าหลอมกราไฟท์ ผง SiC วางอยู่ที่ด้านล่างที่ร้อนกว่าของเบ้าหลอมกราไฟท์ ในขณะที่ผลึกเมล็ด SiC ได้รับการแก้ไขที่ด้านบนที่เย็นกว่า โดยทั่วไประยะห่างระหว่างผงและเมล็ดพืชจะถูกควบคุมไว้ที่หลายสิบมิลลิเมตร เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสกันระหว่างคริสตัล SiC ที่กำลังเติบโตกับผง ด้วยการใช้วิธีการทำความร้อนที่แตกต่างกัน (การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำหรือแบบต้านทาน) ผง SiC จะได้รับความร้อนถึง 2200-2500°C ทำให้ผงดั้งเดิมระเหิดและสลายตัวเป็นส่วนประกอบที่เป็นก๊าซ เช่น Si, Si2C และ SiC2 ก๊าซเหล่านี้ถูกส่งไปยังปลายผลึกเมล็ดโดยการพาความร้อน โดยที่ SiC จะตกผลึก ทำให้เกิดการเติบโตของผลึกเดี่ยว อัตราการเติบโตโดยทั่วไปคือ 0.2-0.4 มิลลิเมตร/ชั่วโมง ซึ่งต้องใช้เวลา 7-14 วันในการเติบโตของแท่งคริสตัลขนาด 20-30 มิลลิเมตร

การมีอยู่ของคาร์บอนที่รวมอยู่ในผลึก SiC ที่ปลูกโดย PVT เป็นแหล่งของข้อบกพร่องที่สำคัญ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดไมโครทิวบ์และข้อบกพร่องด้านโพลีมอร์ฟิก ซึ่งทำให้คุณภาพของผลึก SiC ลดลง และจำกัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้ SiC โดยทั่วไป การทำกราไฟต์ของผง SiC และส่วนหน้าที่มีคาร์บอนอุดมด้วยคาร์บอนเป็นแหล่งรวมของคาร์บอนที่ได้รับการยอมรับ: 1) ในระหว่างการสลายตัวของผง SiC ไอของ Si จะสะสมในเฟสก๊าซ ในขณะที่ C เข้มข้นในสถานะของแข็ง นำไปสู่การเกิดคาร์บอนอย่างรุนแรงของผง การเจริญเติบโตช้า เมื่ออนุภาคคาร์บอนในผงเอาชนะแรงโน้มถ่วงและกระจายเข้าไปในแท่ง SiC จะเกิดการรวมตัวของคาร์บอน 2) ภายใต้สภาวะที่มี Si-rich ไอของ Si ส่วนเกินจะทำปฏิกิริยากับผนังเบ้าหลอมกราไฟต์ ทำให้เกิดชั้น SiC บางๆ ที่สามารถสลายตัวเป็นอนุภาคคาร์บอนและส่วนประกอบที่มี Si ได้อย่างง่ายดาย

แนวทางสองประการสามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้: 1) กรองอนุภาคคาร์บอนจากผง SiC ที่เป็นคาร์บอนสูงที่มีการเติบโตช้า 2) ป้องกันไม่ให้ไอ Si กัดกร่อนผนังเบ้าหลอมกราไฟท์ คาร์ไบด์หลายชนิด เช่น TaC สามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000°C และต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมีด้วยกรด ด่าง NH3, H2 และไอ Si เนื่องจากความต้องการคุณภาพที่เพิ่มขึ้นสำหรับเวเฟอร์ SiC จึงได้มีการสำรวจการประยุกต์ใช้การเคลือบ TaC ในเทคโนโลยีการเติบโตของผลึก SiC ในอุตสาหกรรม การศึกษาแสดงให้เห็นว่าผลึก SiC ที่เตรียมโดยใช้ส่วนประกอบกราไฟท์เคลือบ TaC ในเตาปลูกแบบ PVT มีความบริสุทธิ์มากกว่า โดยมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องลดลงอย่างมาก ช่วยเพิ่มคุณภาพของคริสตัลได้อย่างมาก

ก) มีรูพรุนกราไฟท์ที่มีรูพรุนเคลือบ TaC หรือ TaC: กรองอนุภาคคาร์บอน ป้องกันการแพร่กระจายเข้าสู่คริสตัล และรับประกันการไหลเวียนของอากาศที่สม่ำเสมอ

ข)เคลือบ TaCวงแหวน: แยกไอ Si ออกจากผนังเบ้าหลอมกราไฟท์ เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของผนังเบ้าหลอมด้วยไอ Si

ค)เคลือบ TaCท่อนำการไหล: แยกไอ Si ออกจากผนังเบ้าหลอมกราไฟท์ ขณะเดียวกันก็กำหนดทิศทางการไหลของอากาศไปยังผลึกเมล็ดพืช

ง)เคลือบ TaCตัวยึดคริสตัลเมล็ดพืช: แยกไอของ Si ออกจากฝาครอบด้านบนของเบ้าหลอมเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของฝาปิดด้านบนด้วยไอของ Si

อย่างไรการเคลือบ ซีวีดี SiCประโยชน์ในการผลิตพื้นผิว GaN คืออะไร

ปัจจุบัน การผลิตซับสเตรต GaN ในเชิงพาณิชย์เริ่มต้นด้วยการสร้างชั้นบัฟเฟอร์ (หรือเลเยอร์มาส์ก) บนพื้นผิวแซฟไฟร์ จากนั้นจะใช้ Hydrogen Phase Epitaxy (HVPE) เพื่อทำให้ฟิล์ม GaN เติบโตอย่างรวดเร็วบนชั้นบัฟเฟอร์นี้ ตามด้วยการแยกและขัดเงาเพื่อให้ได้ซับสเตรต GaN ที่ตั้งอยู่อย่างอิสระ HVPE ทำงานอย่างไรภายในเครื่องปฏิกรณ์ควอทซ์ความดันบรรยากาศ เมื่อพิจารณาจากข้อกำหนดสำหรับปฏิกิริยาเคมีทั้งที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูง

ในโซนอุณหภูมิต่ำ (800-900°C) HCl ที่เป็นก๊าซจะทำปฏิกิริยากับ Ga ของโลหะเพื่อผลิต GaCl ที่เป็นก๊าซ

ในโซนอุณหภูมิสูง (1,000-1100°C) GaCl ที่เป็นก๊าซจะทำปฏิกิริยากับ NH3 ที่เป็นก๊าซเพื่อสร้างฟิล์มผลึกเดี่ยว GaN

ส่วนประกอบทางโครงสร้างของอุปกรณ์ HVPE คืออะไร และได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนอย่างไร อุปกรณ์ HVPE อาจเป็นได้ทั้งแนวนอนหรือแนวตั้ง ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น เรือแกลเลียม ตัวเตาเผา เครื่องปฏิกรณ์ ระบบการกำหนดค่าก๊าซ และระบบไอเสีย ถาดและแท่งกราไฟท์ที่สัมผัสกับ NH3 มีความไวต่อการกัดกร่อนและสามารถป้องกันได้ด้วยการเคลือบ SiCเพื่อป้องกันความเสียหาย

อะไรคือความสำคัญของเทคโนโลยี CVD ต่อการผลิต GaN Epitaxy?

ในด้านอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เหตุใดจึงจำเป็นต้องสร้างชั้นเอพิแทกเซียลบนพื้นผิวเวเฟอร์บางชนิด ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ LED สีน้ำเงิน-เขียว ซึ่งต้องใช้ชั้น epitaxis GaN บนพื้นผิวแซฟไฟร์ อุปกรณ์ MOCVD มีความสำคัญในกระบวนการผลิต GaN epitaxy โดยมีซัพพลายเออร์ชั้นนำ ได้แก่ AMEC, Aixtron และ Veeco ในประเทศจีน

เหตุใดจึงไม่สามารถวางซับสเตรตบนโลหะหรือฐานธรรมดาโดยตรงในระหว่างการสะสมอีพิแทกเซียลในระบบ MOCVD ต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ทิศทางการไหลของก๊าซ (แนวนอน แนวตั้ง) อุณหภูมิ ความดัน การตรึงซับสเตรต และการปนเปื้อนจากเศษขยะ ดังนั้นจึงมีการใช้ตัวรับที่มีช่องเพื่อยึดซับสเตรต และการสะสมของอีพิทาแอกเซียลจะดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยี CVD บนซับสเตรตที่วางอยู่ในช่องเหล่านี้ ที่ตัวรับเป็นฐานกราไฟท์ที่มีการเคลือบ SiC.

ปฏิกิริยาเคมีหลักใน GaN epitaxy คืออะไร และเหตุใดคุณภาพของการเคลือบ SiC จึงมีความสำคัญ ปฏิกิริยาหลักคือ NH3 + TMGa → GaN + ผลพลอยได้ (ที่ประมาณ 1,050-1100°C) อย่างไรก็ตาม NH3 จะสลายตัวด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูง และปล่อยไฮโดรเจนอะตอมออกมา ซึ่งทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับคาร์บอนในกราไฟท์ เนื่องจาก NH3/H2 ไม่ทำปฏิกิริยากับ SiC ที่อุณหภูมิ 1100°C การห่อหุ้มที่สมบูรณ์และคุณภาพของการเคลือบ SiC จึงมีความสำคัญต่อกระบวนการ

ในสาขาการผลิต SiC Epitaxy มีการนำไปใช้เคลือบภายในห้องปฏิกิริยาประเภทกระแสหลักอย่างไร

SiC เป็นวัสดุโพลีไทปิกทั่วไปที่มีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันมากกว่า 200 โครงสร้าง โดยในจำนวนนี้ 3C-SiC, 4H-SiC และ 6H-SiC เป็นวัสดุที่พบได้บ่อยที่สุด 4H-SiC เป็นโครงสร้างผลึกที่ใช้ในอุปกรณ์กระแสหลักเป็นส่วนใหญ่ ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อโครงสร้างผลึกคืออุณหภูมิของปฏิกิริยา อุณหภูมิที่ต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดผลึกรูปแบบอื่น อุณหภูมิปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดคือระหว่าง 1550 ถึง 1650°C; อุณหภูมิที่ต่ำกว่า 1,550°C มีแนวโน้มที่จะให้ผลผลิต 3C-SiC และโครงสร้างอื่นๆ อย่างไรก็ตาม 3C-SiC มักใช้ในการเคลือบ SiCและอุณหภูมิปฏิกิริยาประมาณ 1600°C ใกล้เคียงกับขีดจำกัดของ 3C-SiC แม้ว่าการใช้งานเคลือบ TaC ในปัจจุบันจะถูกจำกัดด้วยปัญหาด้านต้นทุน แต่ในระยะยาวการเคลือบ TaCคาดว่าจะค่อยๆ เข้ามาแทนที่การเคลือบ SiC ในอุปกรณ์ epitaxis ของ SiC

ปัจจุบัน มีระบบ CVD หลักสามประเภทสำหรับ SiC epitaxy: ผนังร้อนของดาวเคราะห์ ผนังร้อนแนวนอน และผนังร้อนแนวตั้ง ระบบ CVD ผนังร้อนของดาวเคราะห์โดดเด่นด้วยความสามารถในการขยายเวเฟอร์หลายตัวในชุดเดียว ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตสูง โดยทั่วไปแล้ว ระบบ CVD ผนังร้อนแนวนอนจะเกี่ยวข้องกับระบบการเติบโตขนาดใหญ่แบบเวเฟอร์เดี่ยว ซึ่งขับเคลื่อนโดยการหมุนของแก๊สลอย ซึ่งช่วยให้ข้อกำหนดเฉพาะภายในเวเฟอร์ดีเยี่ยม ระบบ CVD ผนังร้อนแนวตั้งมีคุณลักษณะการหมุนด้วยความเร็วสูงเป็นหลัก โดยมีฐานกลไกภายนอกช่วย ลดความหนาของชั้นขอบเขตได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยรักษาความดันในห้องปฏิกิริยาให้ต่ำลง ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการเติบโตของเยื่อบุผิว นอกจากนี้ การออกแบบห้องไม่มีผนังด้านบนที่อาจนำไปสู่การสะสมของอนุภาค SiC ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่อนุภาคจะหลุดออก และให้ข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการควบคุมข้อบกพร่อง

สำหรับการแปรรูปด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูง การประยุกต์ใช้งานคืออะไรซีวีดี SiCในอุปกรณ์ Tube Furnace?

อุปกรณ์เตาหลอมแบบท่อถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการต่างๆ เช่น ออกซิเดชัน การแพร่กระจาย การเติบโตของฟิล์มบาง การหลอม และการผสมในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ มีสองประเภทหลัก: แนวนอนและแนวตั้ง ปัจจุบันอุตสาหกรรม IC ใช้เตาหลอมแบบท่อแนวตั้งเป็นหลัก อุปกรณ์เตาแบบท่อสามารถแบ่งได้เป็นเตาแรงดันบรรยากาศและเตาแรงดันต่ำ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความดันกระบวนการและการใช้งาน เตาความดันบรรยากาศส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเติมความร้อนในการแพร่กระจาย การเกิดออกซิเดชันของฟิล์มบาง และการหลอมที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่เตาความดันต่ำได้รับการออกแบบมาเพื่อการเติบโตของฟิล์มบางประเภทต่างๆ (เช่น LPCVD และ ALD) โครงสร้างของอุปกรณ์เตาหลอมแบบท่อต่างๆ มีความคล้ายคลึงกัน และสามารถกำหนดค่าได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อทำหน้าที่การแพร่กระจาย ออกซิเดชัน การหลอม LPCVD และ ALD ได้ตามต้องการ หลอด SiC ซินเทอร์ที่มีความบริสุทธิ์สูง เรือเวเฟอร์ SiC และผนังบุ SiC เป็นส่วนประกอบสำคัญภายในห้องปฏิกิริยาของอุปกรณ์เตาหลอมแบบท่อ ขึ้นอยู่กับความต้องการของลูกค้าเพิ่มเติมการเคลือบ SiCสามารถนำไปใช้กับพื้นผิวของเซรามิก SiC เผาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

ในด้านการผลิตซิลิคอนเม็ดเซลล์แสงอาทิตย์ เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้นการเคลือบ SiCมีบทบาทสำคัญไหม?

โพลีซิลิคอนที่ได้มาจากซิลิคอนเกรดโลหะ (หรือซิลิคอนอุตสาหกรรม) เป็นวัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ผ่านปฏิกิริยาทางกายภาพและเคมีหลายชุดเพื่อให้ได้ปริมาณซิลิกอนเกิน 99.9999% (6N) ในด้านเซลล์แสงอาทิตย์ โพลีซิลิคอนจะถูกประมวลผลเป็นแผ่นเวเฟอร์ เซลล์ และโมดูล ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะถูกนำไปใช้ในระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ ทำให้โพลีซิลิคอนเป็นส่วนประกอบต้นน้ำที่สำคัญของห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ ปัจจุบัน มีสองเส้นทางเทคโนโลยีสำหรับการผลิตโพลีซิลิคอน: กระบวนการของซีเมนส์ที่ได้รับการดัดแปลง (ซิลิคอนที่มีลักษณะคล้ายแท่งที่ให้ผลผลิต) และกระบวนการฟลูอิไดซ์เบดของไซเลน (ที่ให้ซิลิคอนที่เป็นเม็ด) ในกระบวนการดัดแปลงของ Siemens SiHCl3 ที่มีความบริสุทธิ์สูงจะถูกรีดิวซ์โดยไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงบนแกนซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงที่อุณหภูมิประมาณ 1,150°C ซึ่งส่งผลให้เกิดการสะสมโพลีซิลิคอนบนแกนซิลิกอน โดยทั่วไปกระบวนการฟลูอิไดซ์เบดของไซเลนจะใช้ SiH4 เป็นก๊าซแหล่งซิลิคอนและ H2 เป็นก๊าซตัวพา โดยเติม SiCl4 เพื่อสลาย SiH4 ด้วยความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดที่อุณหภูมิ 600-800°C เพื่อผลิตโพลีซิลิคอนแบบเม็ด กระบวนการของซีเมนส์ที่ได้รับการดัดแปลงยังคงเป็นเส้นทางการผลิตโพลีซิลิคอนกระแสหลักเนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตที่ค่อนข้างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากบริษัทอย่าง GCL-Poly และ Tianhong Reike ยังคงพัฒนาเทคโนโลยีซิลิกอนแบบละเอียด กระบวนการไซเลนฟลูอิไดซ์เบดอาจได้รับส่วนแบ่งการตลาดเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำกว่าและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ในอดีตการควบคุมความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เป็นจุดอ่อนของกระบวนการฟลูอิไดซ์เบด ซึ่งเป็นเหตุผลหลักว่าทำไมกระบวนการนี้จึงไม่เหนือกว่ากระบวนการของ Siemens แม้ว่าจะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างมากก็ตาม ชั้นบุทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักและถังปฏิกิริยาของกระบวนการฟลูอิไดซ์เบดไซเลน ปกป้องเปลือกโลหะของเครื่องปฏิกรณ์จากการกัดเซาะและการสึกหรอจากก๊าซและวัสดุอุณหภูมิสูง ในขณะเดียวกันก็เป็นฉนวนและรักษาอุณหภูมิของวัสดุ เนื่องจากสภาพการทำงานที่รุนแรงและการสัมผัสโดยตรงกับเม็ดซิลิกอน วัสดุซับในจะต้องมีความบริสุทธิ์สูง ทนต่อการสึกหรอ ต้านทานการกัดกร่อน และมีความแข็งแรงสูง วัสดุทั่วไป ได้แก่ กราไฟท์ที่มีการเคลือบ SiC- อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง การเคลือบลอก/แตกร้าวซึ่งนำไปสู่ปริมาณคาร์บอนมากเกินไปในเม็ดซิลิคอน ส่งผลให้อายุการใช้งานสั้นสำหรับซับในกราไฟท์ และจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นประจำ โดยจัดประเภทเป็นวัสดุสิ้นเปลือง ความท้าทายทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับวัสดุซับในฟลูอิไดซ์เบดเคลือบ SiC และต้นทุนที่สูงเป็นอุปสรรคต่อการนำกระบวนการฟลูอิไดซ์เบดแบบไซเลนไปใช้ในตลาด และต้องได้รับการแก้ไขเพื่อการใช้งานในวงกว้าง

การเคลือบกราไฟท์แบบไพโรไลติกถูกนำมาใช้งานใดบ้าง?

กราไฟท์แบบไพโรไลติกเป็นวัสดุคาร์บอนชนิดใหม่ ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งสะสมด้วยไอทางเคมีที่ความดันเตาเผาระหว่าง 1,800°C ถึง 2,000°C ส่งผลให้ได้คาร์บอนไพโรไลติกที่เน้นการตกผลึกสูง โดยมีคุณลักษณะความหนาแน่นสูง (2.20 ก./ซม.) ความบริสุทธิ์สูง และคุณสมบัติทางความร้อน ไฟฟ้า แม่เหล็ก และทางกลแบบแอนไอโซทรอปิก สามารถรักษาสุญญากาศที่ 10 มม.ปรอท แม้ที่อุณหภูมิประมาณ 1800°C ค้นหาศักยภาพการใช้งานในวงกว้างในสาขาต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ เซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ และเครื่องมือวิเคราะห์

ในเอพิแทกซี LED สีแดง-เหลืองและสถานการณ์พิเศษบางอย่าง เพดาน MOCVD ไม่ต้องการการป้องกันการเคลือบ SiC และใช้โซลูชันการเคลือบกราไฟท์แบบไพโรไลติกแทน

ถ้วยใส่ตัวอย่างสำหรับอลูมิเนียมการระเหยลำอิเล็กตรอนต้องมีความหนาแน่นสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความต้านทานต่อการกัดกร่อนด้วยกรด ด่าง เกลือ และรีเอเจนต์อินทรีย์ เนื่องจากการเคลือบกราไฟท์แบบไพโรไลติกใช้วัสดุเดียวกันกับเบ้าหลอมกราไฟท์ จึงสามารถทนต่อการหมุนเวียนของอุณหภูมิสูงถึงต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยยืดอายุการใช้งานของเบ้าหลอมกราไฟท์**