ایک اہم مواد جو سنگل کرسٹل سلکان کی ترقی کے معیار کا تعین کرتا ہے - تھرمل فیلڈ

سنگل کرسٹل سلکان کی نشوونما کا عمل مکمل طور پر تھرمل فیلڈ میں ہوتا ہے۔ ایک اچھا تھرمل فیلڈ کرسٹل کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے موزوں ہے اور اس میں کرسٹلائزیشن کی اعلی کارکردگی ہے۔ تھرمل فیلڈ کا ڈیزائن بڑی حد تک متحرک تھرمل فیلڈ میں درجہ حرارت کے میلان میں تبدیلیوں اور تبدیلیوں کا تعین کرتا ہے۔ فرنس چیمبر میں گیس کا بہاؤ اور تھرمل فیلڈ میں استعمال ہونے والے مواد میں فرق براہ راست تھرمل فیلڈ کی سروس لائف کا تعین کرتا ہے۔ غیر معقول طریقے سے ڈیزائن کیا گیا تھرمل فیلڈ نہ صرف ایسے کرسٹل کو اگانا مشکل بناتا ہے جو معیار کی ضروریات کو پورا کرتے ہیں، بلکہ مخصوص عمل کی ضروریات کے تحت مکمل سنگل کرسٹل بھی نہیں اگ سکتے۔ یہی وجہ ہے کہ Czochralski monocrystalline Silicon انڈسٹری تھرمل فیلڈ ڈیزائن کو بنیادی ٹیکنالوجی مانتی ہے اور تھرمل فیلڈ ریسرچ اور ڈویلپمنٹ میں بڑی افرادی قوت اور مادی وسائل کی سرمایہ کاری کرتی ہے۔

تھرمل سسٹم مختلف تھرمل فیلڈ مواد پر مشتمل ہے۔ ہم صرف تھرمل فیلڈ میں استعمال ہونے والے مواد کا مختصر تعارف کرائیں گے۔ جہاں تک تھرمل فیلڈ میں درجہ حرارت کی تقسیم اور کرسٹل کھینچنے پر اس کے اثرات کا تعلق ہے، ہم یہاں اس کا تجزیہ نہیں کریں گے۔ تھرمل فیلڈ میٹریل کرسٹل گروتھ ویکیوم فرنس سے مراد ہے۔ چیمبر کے ساختی اور تھرمل طور پر موصل حصے، جو سیمی کنڈکٹر پگھلنے اور کرسٹل کے ارد گرد مناسب درجہ حرارت کا کپڑا بنانے کے لیے ضروری ہیں۔

ایک تھرمل فیلڈ ساختی مواد
Czochralski طریقہ سے سنگل کرسٹل سلکان کو اگانے کے لیے بنیادی معاون مواد اعلیٰ پاکیزگی والا گریفائٹ ہے۔ جدید صنعت میں گریفائٹ مواد بہت اہم کردار ادا کرتا ہے۔ Czochralski طریقہ سے سنگل کرسٹل سلکان کی تیاری میں، انہیں تھرمل فیلڈ کے ساختی اجزا کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے ہیٹر، گائیڈ ٹیوب، کروسیبلز، موصلیت والی ٹیوبیں اور کروسیبل ٹرے۔

گریفائٹ مواد کا انتخاب اس کی بڑی مقدار میں تیاری میں آسانی، عمل کی اہلیت اور اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت کی خصوصیات کی وجہ سے کیا گیا تھا۔ ہیرے یا گریفائٹ کی شکل میں کاربن کسی بھی عنصر یا مرکب سے زیادہ پگھلنے کا مقام رکھتا ہے۔ گریفائٹ مواد کافی مضبوط ہے، خاص طور پر اعلی درجہ حرارت پر، اور اس کی برقی اور تھرمل چالکتا بھی کافی اچھی ہے۔ اس کی برقی چالکتا اسے ہیٹر کے مواد کے طور پر موزوں بناتی ہے، اور اس میں تسلی بخش تھرمل چالکتا ہے جو ہیٹر سے پیدا ہونے والی حرارت کو کروسیبل اور تھرمل فیلڈ کے دیگر حصوں میں یکساں طور پر تقسیم کر سکتی ہے۔ تاہم، اعلی درجہ حرارت پر، خاص طور پر طویل فاصلے پر، حرارت کی منتقلی کا بنیادی طریقہ تابکاری ہے۔

گریفائٹ کے حصے ابتدائی طور پر بائنڈر کے ساتھ ملا کر باریک کاربونیسیئس ذرات کے اخراج یا آئسوسٹیٹک دبانے سے بنتے ہیں۔ اعلی معیار کے گریفائٹ حصوں کو عام طور پر الگ تھلگ دبایا جاتا ہے۔ پورے ٹکڑے کو پہلے کاربنائز کیا جاتا ہے اور پھر بہت زیادہ درجہ حرارت پر، 3000 ° C کے قریب گرافٹائز کیا جاتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ضروریات کو پورا کرنے کے لئے دھات کی آلودگی کو دور کرنے کے لئے ان یک سنگی سے مشینی حصوں کو اکثر کلورین پر مشتمل ماحول میں اعلی درجہ حرارت پر صاف کیا جاتا ہے۔ تاہم، مناسب طہارت کے ساتھ بھی، دھات کی آلودگی کی سطح سلکان سنگل کرسٹل مواد کی اجازت سے زیادہ شدت کے احکامات ہیں۔ لہذا، تھرمل فیلڈ ڈیزائن میں احتیاط کی جانی چاہیے تاکہ ان اجزاء کے آلودگی کو پگھلنے یا کرسٹل کی سطح میں داخل ہونے سے روکا جا سکے۔

گریفائٹ کا مواد قدرے پارگمی ہوتا ہے، جو اندر کی باقی دھات کو آسانی سے سطح تک پہنچنے دیتا ہے۔ اس کے علاوہ، گریفائٹ کی سطح کے ارد گرد صاف کرنے والی گیس میں موجود سلکان مونو آکسائیڈ زیادہ تر مواد میں گہرائی میں گھس کر رد عمل ظاہر کر سکتا ہے۔

ابتدائی سنگل کرسٹل سلکان فرنس ہیٹر ریفریکٹری دھاتوں جیسے ٹنگسٹن اور مولیبڈینم سے بنے تھے۔ جیسے جیسے گریفائٹ پروسیسنگ ٹیکنالوجی پختہ ہوتی جاتی ہے، گریفائٹ کے اجزاء کے درمیان رابطوں کی برقی خصوصیات مستحکم ہو جاتی ہیں، اور سنگل کرسٹل سلکان فرنس ہیٹر نے ٹنگسٹن اور مولیبڈینم اور دیگر مادی ہیٹر کو مکمل طور پر تبدیل کر دیا ہے۔ اس وقت سب سے زیادہ استعمال ہونے والا گریفائٹ مواد isostatic graphite ہے۔ سیمیسیرا اعلی معیار کے آئیسوسٹیٹک طور پر دبایا گیا گریفائٹ مواد فراہم کرسکتا ہے۔

Czochralski سنگل کرسٹل سلیکون بھٹیوں میں، کبھی کبھی C/C مرکب مواد استعمال کیا جاتا ہے، اور اب بولٹ، نٹ، کروسیبل، لوڈ بیئرنگ پلیٹس اور دیگر اجزاء کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے۔ کاربن/کاربن (c/c) جامع مواد کاربن فائبر سے تقویت یافتہ کاربن پر مبنی مرکب مواد ہیں۔ ان میں اعلی مخصوص طاقت، اعلی مخصوص ماڈیولس، کم تھرمل توسیعی گتانک، اچھی برقی چالکتا، بڑے فریکچر کی سختی، کم مخصوص کشش ثقل، تھرمل جھٹکا مزاحمت، سنکنرن مزاحمت، اس میں اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت جیسی بہترین خصوصیات کا ایک سلسلہ ہے اور فی الحال وسیع پیمانے پر ہے۔ ایرو اسپیس، ریسنگ، بائیو میٹریلز اور دیگر شعبوں میں ایک نئی قسم کے اعلی درجہ حرارت مزاحم ساختی مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ فی الحال، گھریلو C/C مرکب مواد کی طرف سے درپیش اہم رکاوٹ لاگت اور صنعت کاری کے مسائل ہیں۔

تھرمل فیلڈز بنانے کے لیے بہت سے دوسرے مواد استعمال کیے جاتے ہیں۔ کاربن فائبر مضبوط گریفائٹ بہتر میکانی خصوصیات ہے؛ تاہم، یہ زیادہ مہنگا ہے اور دیگر ڈیزائن کی ضروریات عائد کرتا ہے۔ سلیکون کاربائیڈ (SiC) گریفائٹ سے کئی طریقوں سے بہتر مواد ہے، لیکن یہ بہت زیادہ مہنگا اور بڑے حجم والے حصوں کو بنانا مشکل ہے۔ تاہم، SiC کو اکثر سی وی ڈی کوٹنگ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ جارحانہ سلکان مونو آکسائیڈ گیس کے سامنے آنے والے گریفائٹ حصوں کی زندگی کو بڑھایا جا سکے اور گریفائٹ سے ہونے والی آلودگی کو بھی کم کیا جا سکے۔ گھنے CVD سلکان کاربائیڈ کوٹنگ مؤثر طریقے سے مائکروپورس گریفائٹ مواد کے اندر موجود آلودگیوں کو سطح تک پہنچنے سے روکتی ہے۔

دوسرا CVD کاربن ہے، جو گریفائٹ حصوں کے اوپر ایک گھنی تہہ بھی بنا سکتا ہے۔ دیگر اعلی درجہ حرارت مزاحم مواد، جیسے مولبڈینم یا سیرامک ​​مواد جو ماحول کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں پگھلنے کی آلودگی کا کوئی خطرہ نہ ہو۔ تاہم، آکسائیڈ سیرامکس اعلی درجہ حرارت پر گریفائٹ مواد کے ساتھ براہ راست رابطے کے لیے محدود موزونیت رکھتے ہیں، اگر موصلیت کی ضرورت ہو تو اکثر کچھ متبادل چھوڑ دیتے ہیں۔ ایک ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ ہے (جسے بعض اوقات اسی طرح کی خصوصیات کی وجہ سے سفید گریفائٹ کہا جاتا ہے)، لیکن اس میں میکانکی خصوصیات خراب ہیں۔ Molybdenum عام طور پر اعلی درجہ حرارت کے استعمال کے لیے مناسب ہے کیونکہ اس کی معتدل قیمت، سلیکون کرسٹل میں کم تفاوت، اور کم علیحدگی گتانک، تقریباً 5 × 108، جو کرسٹل کی ساخت کو تباہ کرنے سے پہلے کچھ مولیبڈینم آلودگی کی اجازت دیتا ہے۔

دو تھرمل فیلڈ موصلیت کا مواد
سب سے زیادہ استعمال شدہ موصلیت کا مواد کاربن ہے جو مختلف شکلوں میں محسوس ہوتا ہے۔ کاربن فیلٹ پتلی ریشوں سے بنا ہوتا ہے جو تھرمل موصلیت کا کام کرتے ہیں کیونکہ وہ تھوڑے فاصلے پر کئی بار تھرمل تابکاری کو روکتے ہیں۔ نرم کاربن فیلٹ مواد کی نسبتاً پتلی چادروں میں بُنا جاتا ہے، جسے پھر مطلوبہ شکل میں کاٹا جاتا ہے اور ایک مناسب رداس میں مضبوطی سے جھکا جاتا ہے۔ منتشر ریشوں کو زیادہ ٹھوس اور سجیلا شے میں جوڑنے کے لیے کاربن پر مشتمل بائنڈر کا استعمال کرتے ہوئے، کیورڈ فیلٹ اسی طرح کے فائبر مواد پر مشتمل ہوتا ہے۔ بائنڈر کے بجائے کاربن کے کیمیائی بخارات جمع کرنے سے مواد کی مکینیکل خصوصیات کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔

عام طور پر، انسولیٹنگ کیورڈ فیلٹ کی بیرونی سطح کو مسلسل گریفائٹ کوٹنگ یا ورق کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے تاکہ کٹاؤ اور پہننے کے ساتھ ساتھ ذرات کی آلودگی کو کم کیا جا سکے۔ دیگر قسم کے کاربن پر مبنی موصلیت کا مواد بھی موجود ہے، جیسے کاربن فوم۔ عام طور پر، گرافائٹائزڈ مواد کو واضح طور پر ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ گرافٹائزیشن فائبر کی سطح کے رقبے کو بہت کم کر دیتی ہے۔ سطح کے یہ اونچے رقبے کے مواد سے بہت کم گیس نکلتی ہے اور بھٹی کو مناسب خلا کی طرف کھینچنے میں کم وقت لگتا ہے۔ دوسری قسم C/C جامع مواد ہے، جس میں نمایاں خصوصیات ہیں جیسے ہلکا وزن، زیادہ نقصان برداشت کرنا، اور اعلی طاقت۔ گریفائٹ حصوں کو تبدیل کرنے کے لیے تھرمل فیلڈز میں استعمال کیا جاتا ہے، جو گریفائٹ پرزوں کی تبدیلی کی فریکوئنسی کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے اور سنگل کرسٹل کے معیار اور پیداواری استحکام کو بہتر بناتا ہے۔

خام مال کی درجہ بندی کے مطابق، کاربن فیلٹ کو پولی کریلونیٹریل پر مبنی کاربن فیلٹ، ویسکوز پر مبنی کاربن فیلٹ، اور اسفالٹ پر مبنی کاربن فیلٹ میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔

Polyacrylonitrile پر مبنی کاربن فیلٹ میں راکھ کا بڑا مواد ہوتا ہے، اور monofilaments اعلی درجہ حرارت کے علاج کے بعد ٹوٹنے والے ہو جاتے ہیں۔ آپریشن کے دوران، بھٹی کے ماحول کو آلودہ کرنے کے لیے دھول آسانی سے پیدا ہوتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، ریشے آسانی سے انسانی چھیدوں اور سانس کی نالیوں میں داخل ہوتے ہیں، انسانی صحت کو نقصان پہنچاتے ہیں۔ ویزکوز پر مبنی کاربن محسوس ہوا اس میں تھرمل موصلیت کی اچھی خصوصیات ہیں، گرمی کے علاج کے بعد نسبتاً نرم ہے، اور دھول پیدا ہونے کا امکان کم ہے۔ تاہم، ویزکوز پر مبنی اسٹرینڈز کے کراس سیکشن کی ایک بے ترتیب شکل ہوتی ہے اور فائبر کی سطح پر بہت سی گھاٹیاں ہوتی ہیں، جو کہ زوکرالسکی سنگل کرسٹل سلکان فرنس میں آکسیڈائزنگ ماحول کی موجودگی میں بننا آسان ہے۔ CO2 جیسی گیسیں سنگل کرسٹل سلکان مواد میں آکسیجن اور کاربن عناصر کی بارش کا سبب بنتی ہیں۔ مرکزی مینوفیکچررز میں جرمن ایس جی ایل اور دیگر کمپنیاں شامل ہیں۔ اس وقت، پچ پر مبنی کاربن فیلٹ سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل انڈسٹری میں سب سے زیادہ استعمال ہوتا ہے، اور اس کی تھرمل موصلیت کی کارکردگی چپچپا کاربن فیلٹ سے بہتر ہے۔ گم پر مبنی کاربن محسوس کمتر ہے، لیکن اسفالٹ پر مبنی کاربن فیلٹ زیادہ پاکیزگی اور کم دھول کا اخراج ہے۔ مینوفیکچررز میں جاپان کی Kureha کیمیکل، Osaka Gas وغیرہ شامل ہیں۔

چونکہ محسوس شدہ کاربن کی شکل ٹھیک نہیں ہے، اس لیے اسے چلانے میں تکلیف ہوتی ہے۔ اب بہت سی کمپنیوں نے کاربن فیلٹس پر مبنی ایک نیا تھرمل موصلیت کا مواد تیار کیا ہے - علاج شدہ کاربن محسوس کیا گیا ہے۔ ٹھیک شدہ کاربن محسوس کو سخت محسوس بھی کہا جاتا ہے۔ یہ ایک کاربن محسوس ہوتا ہے جو رال، پرتدار، ٹھوس اور کاربونائزڈ ہونے کے بعد ایک خاص شکل اور خود کو برقرار رکھتا ہے۔

سنگل کرسٹل سلکان کی ترقی کا معیار تھرمل فیلڈ ماحول سے براہ راست متاثر ہوتا ہے، اور کاربن فائبر موصلیت کا مواد اس ماحول میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔ کاربن فائبر تھرمل موصلیت نرم محسوس اب بھی فوٹو وولٹک سیمی کنڈکٹر صنعت میں اس کی لاگت کے فوائد، بہترین تھرمل موصلیت کا اثر، لچکدار ڈیزائن اور مرضی کے مطابق شکل کی وجہ سے ایک اہم فائدہ رکھتی ہے۔ اس کے علاوہ، کاربن فائبر کی سخت موصلیت کو محسوس کیا جاتا ہے کہ اس کی مخصوص طاقت اور اعلی آپریبلٹی کی وجہ سے تھرمل فیلڈ میٹریل مارکیٹ میں ترقی کی زیادہ گنجائش ہوگی۔ ہم تھرمل موصلیت کے مواد کے میدان میں تحقیق اور ترقی کے لیے پرعزم ہیں اور فوٹو وولٹک سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی خوشحالی اور ترقی کو فروغ دینے کے لیے مصنوعات کی کارکردگی کو مسلسل بہتر بناتے ہیں۔