ระบบสนามความร้อนที่ใช้คาร์บอน

1. บทบาทของสนามความร้อนที่มีคาร์บอนได้พัฒนาจากส่วนประกอบฉนวนไปจนถึงตัวควบคุมหน้าต่างในกระบวนการผลิต

ค่าของสนามความร้อนที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบสำคัญเกินกว่าฉนวนกันความร้อนแบบเดิมๆ ในระบบการเติบโตของคริสตัลสมัยใหม่ จะทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มควบคุมกระบวนการที่ครอบคลุมซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพคริสตัล ผลผลิต และต้นทุนการดำเนินงาน หน้าที่หลักสามารถสรุปได้เป็น 4 ระดับ:

ข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ที่เปิดเผยต่อสาธารณะระบุว่าเทคโนโลยีการเติบโตของคริสตัลโซโฟลตาอิก Czochralski (CZ) ได้ก้าวเข้าสู่ขั้นใหม่โดยมีเตาเผาขนาดใหญ่ขึ้น สนามความร้อนขนาดใหญ่ขึ้น ความสามารถในการชาร์จที่เพิ่มขึ้น การดึงคริสตัลอัจฉริยะ และการควบคุมออกซิเจนต่ำขั้นสูง

ตามข้อกำหนดที่เผยแพร่ ระบบการเติบโตของคริสตัลขั้นสูงบางระบบมีขนาดห้องหลัก Φ1700 × 2100 มม. และรองรับสนามความร้อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 42 นิ้ว ขนาดถ้วยใส่ตัวอย่างที่ใช้ร่วมกันได้ ได้แก่ 33, 37, 40 และ 42 นิ้ว ซึ่งสอดคล้องกับความสามารถในการชาร์จประมาณ 700 กก., 1,000 กก., 1200 กก. และ 1300 กก. ตามลำดับ

นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงานอย่างมีนัยสำคัญ ได้แก่:

· การใช้พลังงานการเติบโตที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ต่ำเพียง 42 kW

· การใช้น้ำหล่อเย็นต่ำเพียง 20 ลบ.ม./ชม

· ผลผลิตคริสตัลรายวันเกิน 200 กก

· ความเข้ากันได้กับเทคโนโลยี Continuous Czochralski (CCz) และการกำหนดค่าการเติบโตของคริสตัลที่ได้รับการสนับสนุนจากสนามแม่เหล็ก

การพัฒนาเหล่านี้บ่งชี้ว่าการออกแบบสนามระบายความร้อนได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาคุณภาพของคริสตัล ประสิทธิภาพการผลิต และต้นทุนการผลิตโดยรวม

2. ขนาดเตา

2.1 เตาเติบโตคริสตัลเดี่ยว CZ ของเซลล์แสงอาทิตย์

การปรับขนาดของเตาหลอมการเติบโตของคริสตัล CZ เกี่ยวข้องมากกว่าแค่การเพิ่มขนาดของเตาหลอม การออกแบบเตาเผาขนาดใหญ่ที่ประสบความสำเร็จต้องอาศัยการปรับให้เหมาะสมของพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

·เส้นผ่านศูนย์กลางห้องหลัก

· ความสูงของห้องเสริม

· ขนาดช่องเปิดคอ

· ขนาดเบ้าหลอม

· ระยะห่างของแผงป้องกันความร้อน

· ส่วนต่อประสานการให้อาหาร

· ทางเดินสุญญากาศและไอเสีย

ตรรกะทางวิศวกรรมทั่วไปที่อยู่เบื้องหลังการออกแบบเตาเผาขนาดใหญ่สรุปได้ดังนี้:

ความจุการชาร์จเริ่มต้น

หมายถึงปริมาณวัตถุดิบที่บรรจุลงในถ้วยใส่ตัวอย่างในคราวเดียว และถูกกำหนดโดยขนาดถ้วยใส่ตัวอย่างโดยตรง ข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ที่เปิดเผยต่อสาธารณะโดยทั่วไปจะระบุถึงความจุตั้งแต่ 700 กก. ถึง 1300 กก.

ความจุรวมต่อแคมเปญเตาหลอม

ซึ่งรวมถึงรอบการชาร์จหลายรอบหรือการป้อนอาหารอย่างต่อเนื่องระหว่างการดำเนินการผลิตที่สมบูรณ์ เป็นผลให้วัสดุทั้งหมดที่ประมวลผลในระหว่างแคมเปญเตาเผาอาจสูงกว่าค่าใช้จ่ายเริ่มต้นอย่างมาก

ตัวอย่างเช่น การเปรียบเทียบทางอุตสาหกรรมที่เปิดเผยในเอกสารหนังสือชี้ชวนสาธารณะระบุว่า:

· สนามความร้อนขนาด 32 นิ้วสามารถประมวลผลวัสดุได้มากถึง 3,000 กิโลกรัมต่อแคมเปญเตาเผา

· สนามความร้อนขนาด 36 นิ้วสามารถประมวลผลวัสดุได้มากถึง 3,500 กิโลกรัมต่อแคมเปญเตาเผา

ค่าเหล่านี้แสดงถึงการผลิตทั้งหมดในระหว่างรอบการทำงานทั้งหมด แทนที่จะเป็นความสามารถในการโหลดครั้งเดียวของถ้วยใส่ตัวอย่าง

2.2 เตาเติบโตคริสตัล SiC PVT

การปรับขนาดเตาเติบโตคริสตัล PVT ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) นั้นมีความท้าทายมากกว่าการขยายระบบ CZ ซิลิคอนแบบเดิมอย่างมาก

ต่างจากกระบวนการ Czochralski ตรงที่ผลึก SiC ไม่ได้เติบโตจากระยะหลอมเหลว การขนส่งไอทางกายภาพ (PVT) อาศัยการระเหิดของผงแหล่งกำเนิด SiC ที่อุณหภูมิสูงมากแทน สายพันธุ์ไอที่สร้างขึ้นจะถูกขนส่งไปตามไล่ระดับอุณหภูมิตามแนวแกน และต่อมาตกผลึกบนผลึกเมล็ด SiC ที่ค่อนข้างเย็นกว่า

การศึกษาที่ตีพิมพ์โดย Royal Society of Chemistry (RSC, 2026) เกี่ยวกับการเติบโตของผลึก SiC PVT ขนาด 150 มม. อธิบายระบบระบายความร้อนว่าประกอบด้วยองค์ประกอบหลักห้าประการ:

· สักหลาด ฉนวนกันความร้อน

· เบ้าหลอมกราไฟท์

· ผลึกเมล็ด SiC

· วัสดุต้นทาง SiC

· เครื่องทำความร้อนแบบต้านทาน

ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึก ผงแหล่งกำเนิดจะระเหิดภายใต้อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดสายพันธุ์ที่เป็นไอซึ่งอพยพขึ้นด้านบนภายใต้การไล่ระดับอุณหภูมิ ก่อนที่จะสะสมบนผลึกเมล็ดที่อุณหภูมิต่ำจนกลายเป็นผลึกเดี่ยว

ด้วยเหตุนี้ การเพิ่มขนาดของเตา SiC PVT จึงไม่ใช่แค่เรื่องของอุณหภูมิที่สูงขึ้นเท่านั้น ความท้าทายทางวิศวกรรมเบื้องต้น ได้แก่:

ก. การรักษาความลาดชันของอุณหภูมิตามแนวแกนให้เพียงพอเพื่อขับเคลื่อนกระบวนการระเหิด-การขนส่ง-การตกผลึกอย่างต่อเนื่อง

ข. ลดการไล่ระดับอุณหภูมิในแนวรัศมีให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อลดความเครียดจากความร้อน ป้องกันการแตกร้าวของคริสตัล และยับยั้งการเปลี่ยนแปลงของโพลีไทป์

ค. รักษาเสถียรภาพของสนามความร้อนตลอดกระบวนการเจริญเติบโต โดยค่อยๆ บริโภคผงต้นทาง

ง. การรักษาส่วนต่อประสานการเติบโตของคริสตัลที่ควบคุมได้ระหว่างการเปลี่ยนไปใช้การผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 12 นิ้วขนาด 8 นิ้วในอนาคต

เมื่อเปรียบเทียบกับการเติบโตของคริสตัลซิลิคอน สนามความร้อนในระบบ SiC PVT จะต้องให้ความเสถียรของอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมากและการควบคุมความร้อนที่แม่นยำยิ่งขึ้น ทำให้การออกแบบสนามความร้อนเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดสำหรับการผลิตคริสตัล SiC ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่

3. การเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างการออกแบบอุปกรณ์และประสิทธิภาพของสนามความร้อน

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครงร่างเตาเผา การออกแบบสนามความร้อน คุณภาพคริสตัล และต้นทุนการผลิตสามารถสรุปได้ดังนี้

วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกแสดงให้เห็นว่าสนามความร้อนไม่ได้เป็นเพียงการประกอบโครงสร้างแบบพาสซีฟอีกต่อไป แต่กลับกลายเป็นระบบควบคุมกระบวนการแบบบูรณาการที่ควบคุมการถ่ายเทความร้อน พลศาสตร์ของไหล การเคลื่อนย้ายมวล การกระจายตัวของสิ่งเจือปน และคุณภาพคริสตัลไปพร้อมๆ กัน

เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเวเฟอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีความก้าวหน้ามากขึ้น ระบบสนามความร้อนในอนาคตจะต้องพึ่งพาการจำลองแบบดิจิทัลมากขึ้น การเพิ่มประสิทธิภาพแบบหลายฟิสิกส์ การควบคุมอุณหภูมิอัจฉริยะ และการออกแบบส่วนประกอบคาร์บอน-กราไฟต์ที่ปรับแต่งเองเพื่อให้ได้ผลผลิตที่สูงขึ้น ความหนาแน่นของข้อบกพร่องลดลง และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

Semicorex นำเสนอผลงานประสิทธิภาพสูงที่ครอบคลุมกราไฟท์และควอตซ์ส่วนประกอบสำหรับระบบสนามความร้อนขั้นสูงที่ใช้ในการเติบโตของผลึกซิลิคอนและ SiC ผลิตภัณฑ์ของเราได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้มีเสถียรภาพทางความร้อนที่เหนือกว่า อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และความสม่ำเสมอของกระบวนการที่ยอดเยี่ยม สำหรับโซลูชันที่ปรับแต่งเองหรือข้อมูลทางเทคนิคเพิ่มเติม โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเรา

โทรศัพท์: +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com