國(guó)產(chǎn)高純碳素?zé)釄?chǎng)在半導(dǎo)體太陽(yáng)能硅晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域應(yīng)用
提要：國(guó)產(chǎn)高純碳素?zé)釄?chǎng)材料通過(guò)集成創(chuàng)新，在單晶硅生長(zhǎng)爐、多晶硅鑄錠爐、氫化爐等多個(gè)領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用。成功地替代了進(jìn)口石墨材料及其產(chǎn)品，成功地實(shí)現(xiàn)硅晶體生長(zhǎng)熱場(chǎng)材料的更新?lián)Q代。
Abstract: Through integrated innovation domestic high-purity carbon refractory materials are used in monocrystalline silicon growing furnaces, polysilicon ingot molding furnace, hydrogenizing furnace and other fields. Successful alternative to the import of graphite materials and the replacement of silicon crystal growth thermal field materials.
中國(guó)國(guó)內(nèi)石墨生產(chǎn)廠家多達(dá)數(shù)百家，卻只能制造化工、冶金工業(yè)電極和碳刷等小尺寸、低純度、粗結(jié)構(gòu)的石墨錠，沒(méi)有能生產(chǎn)半導(dǎo)體、太陽(yáng)能硅晶體生長(zhǎng)爐用大尺寸、高純度、細(xì)結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度的石墨的廠家。晶圓、硅棒、晶體生長(zhǎng)設(shè)備日益大型化，我國(guó)能拉制6英寸硅棒的CZ硅晶體生長(zhǎng)爐達(dá)到6000臺(tái)，定向結(jié)晶硅錠爐1000多臺(tái)、多晶硅尾氣回收系統(tǒng)的熱氫化爐也上百臺(tái)。這些設(shè)備的高純石墨炭素材料全靠依賴進(jìn)口。大量需求使國(guó)外高純度石墨的售價(jià)從5年前的3－6美元/公斤提高到現(xiàn)在的15－30美元/公斤。一套拉制6英寸硅單晶的熱場(chǎng)售價(jià)達(dá)30萬(wàn)元，可拉制8英寸或12英寸
硅棒的28英寸熱系統(tǒng)，進(jìn)口價(jià)要200萬(wàn)元/套；投料450公斤左右的定向硅結(jié)晶爐的熱場(chǎng)售價(jià)高達(dá)100萬(wàn)元/套。我國(guó)2005年進(jìn)口高純石墨耗資1億美元；06、07、08年分別耗資為1.5億、2億、4億美元。預(yù)計(jì)2010年進(jìn)口這類材料需要耗資10億美元。
中國(guó)用高純石墨碳素材料，主要來(lái)自于日本。如日本東洋碳素，日本東海，吳羽化學(xué)，日本特殊炭素新日鐵公司等。日本的石墨出口限制很嚴(yán)。2005年以前，企業(yè)每年辦理一次一般許可證就能正常進(jìn)口石墨料，后來(lái)要求一個(gè)月辦一次一般許可證；2005年4月份開(kāi)始要求辦特別許可證。每月一審批，而且嚴(yán)格限制進(jìn)口石墨的數(shù)量、規(guī)格。特別是硅單晶爐加熱器、保溫筒的IG-58石墨料，是國(guó)際原子能協(xié)會(huì)認(rèn)定的核反應(yīng)堆的專用材料，控制的更為嚴(yán)格。
給中國(guó)供應(yīng)石墨碳素制品的還有德國(guó)西格里公司、法國(guó)羅蘭公司等。羅蘭公司進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)，在重慶投資建設(shè)高純度石墨生產(chǎn)廠，2007年底開(kāi)始生產(chǎn)，2008年開(kāi)始正常供貨，每年可生產(chǎn)700-800噸石墨產(chǎn)品。
由于硅材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，石墨供應(yīng)緊張情況一直很難緩解。由于需求旺盛和石墨生產(chǎn)周期等原因，國(guó)外訂貨周期長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月以上；國(guó)外限制向中國(guó)出口高質(zhì)量石墨，同時(shí)控制石墨加工技術(shù)市場(chǎng)。中國(guó)高純石墨碳素材料的進(jìn)口高依存度，存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)。
2. 碳－碳復(fù)合熱場(chǎng)材料的優(yōu)越性
碳－碳復(fù)合材料的比重輕，純度高，耐高溫，抗熱震，機(jī)械強(qiáng)度可達(dá)石墨的5至10倍以上。例如高700mm直徑700mm的加熱器，用碳－碳復(fù)合材料制造，凈重只有47kg
。消耗的材料重量只有用石墨棒材加工同樣一個(gè)加熱器的的13分之一。湖南南方搏云新材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)碳－碳復(fù)合材料熱場(chǎng)件的，采用的是少無(wú)切削加工工藝，或者叫做近凈成形工藝。從制品投料到出產(chǎn)品，生產(chǎn)周期是1到2個(gè)月。與石墨制品比較，生產(chǎn)碳－碳復(fù)合材料制品的節(jié)能節(jié)材效果明顯。
為降低集成電路和太陽(yáng)能電池產(chǎn)品的成本，提高質(zhì)量，晶圓片也就是單晶硅棒的直徑越來(lái)越大。世界上12＂拋光片的生產(chǎn)線越來(lái)越多。有專家建議，新上線應(yīng)直接上12＂拋光線。意味著直徑300mm的晶圓很快就會(huì)成為主流產(chǎn)品。拉制300mm晶圓的晶棒，坩堝至少在28英寸以上。碳－碳復(fù)合材料的熱場(chǎng)系統(tǒng)較石墨材料制造這種大系統(tǒng)性價(jià)比會(huì)高出3－5倍。進(jìn)口一套28英寸熱場(chǎng)系統(tǒng)，耗資200萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)的碳－碳復(fù)合材料熱場(chǎng)系統(tǒng)價(jià)格只有進(jìn)口系統(tǒng)的60％以下，使用壽命則會(huì)高出2倍以上。
3 碳－碳復(fù)合熱場(chǎng)材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
湖南南方搏云新材料有限責(zé)任公司針圍繞高純石墨碳素材料制品，開(kāi)展了技術(shù)研發(fā)與技術(shù)轉(zhuǎn)化工作。公司自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)和制造了低密度、密度梯度、高密度幾類材料；依靠有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型真空爐設(shè)計(jì)制造技術(shù)，保證了材料制備的主要手段；依靠有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單晶硅生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，推出了單晶硅生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)系統(tǒng)、多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)系統(tǒng)、氫化爐保溫?zé)釄?chǎng)等產(chǎn)品；依靠公司自主開(kāi)發(fā)的熱場(chǎng)制品的近凈成形技術(shù)，成功制造了各種類型、各種規(guī)格的產(chǎn)品；公司依靠自己建立和打造的研發(fā)隊(duì)伍，依托中南大學(xué)的技術(shù)支持和檢測(cè)試驗(yàn)手段，在實(shí)踐中鍛煉提高，擁有較強(qiáng)的核心技術(shù)創(chuàng)新能力。2008年，攻克了氫化爐加熱器這一世界性難題。隨著一個(gè)個(gè)產(chǎn)品的工業(yè)性應(yīng)用考核成功，一個(gè)個(gè)產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)業(yè)鏈，彰顯了碳－碳復(fù)合熱場(chǎng)材料的優(yōu)勢(shì)，碳－碳復(fù)合熱場(chǎng)材料市場(chǎng)日益擴(kuò)大。
4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與技術(shù)服務(wù)
公司從單晶硅生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)開(kāi)始，逐步進(jìn)入國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池硅生產(chǎn)的硅錠澆鑄爐熱場(chǎng)、氫化爐熱場(chǎng)的市場(chǎng)；還輻射到藍(lán)寶石、碳化硅晶體等其它人工晶體熱場(chǎng)系統(tǒng)市場(chǎng)。
從2008年的產(chǎn)品銷售來(lái)看，硅晶體生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)零部件仍然是主要產(chǎn)品，占總銷售額的57％以上。多晶硅澆鑄爐配套熱場(chǎng)零件占11％；高純硅生產(chǎn)用氫化爐熱場(chǎng)22％。藍(lán)寶石等其他人工晶體生長(zhǎng)熱場(chǎng)8％等。主要的客戶是上海卡姆丹克，內(nèi)蒙晟納吉，四川新光硅業(yè)，浙江萬(wàn)向硅峰，河南洛陽(yáng)MCL，安徽鴻福晶體，天津希力斯，浙江紹興精功科技，江西賽維LDK，江西上饒晶科，浙江寧波立立電子等等。前十大客戶以單晶硅生長(zhǎng)爐熱場(chǎng)為主，其它依次為多晶硅澆鑄爐熱場(chǎng)、多晶硅尾氣處理氫化爐熱場(chǎng)、藍(lán)寶石熱場(chǎng)等。
給客戶提供解決方案，是服務(wù)的一大創(chuàng)新。公司的使命是以國(guó)產(chǎn)碳－碳復(fù)合熱場(chǎng)材料替代進(jìn)口高純石墨碳素材料，以新型碳材料替代傳統(tǒng)石墨、軟碳?xì)譄釄?chǎng)材料。要讓半導(dǎo)體硅材料客戶認(rèn)同新型碳材料、認(rèn)同一種國(guó)產(chǎn)碳－碳復(fù)合材料，必須要通過(guò)工業(yè)實(shí)際應(yīng)用。產(chǎn)品的高技術(shù)特性、所服務(wù)行業(yè)的高要求，產(chǎn)品要進(jìn)入半導(dǎo)體、太陽(yáng)能硅晶體生長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的門(mén)檻很高。營(yíng)銷人員要了解自己的材料與制備工藝、了解自己的產(chǎn)品特性，要了解熱場(chǎng)零件的使用功能和工作條件、使用過(guò)程中的受力、受熱、變形、沖蝕、氧化等情況，了解各熱場(chǎng)零件之間的裝配關(guān)系等等。讓客戶了解你的產(chǎn)品，把產(chǎn)品推銷出去、輔導(dǎo)使用、售后服務(wù)環(huán)環(huán)都要到位。向工業(yè)界請(qǐng)教、到處拜師學(xué)習(xí)，認(rèn)真研究，由硅晶體生長(zhǎng)外行變成內(nèi)行。走訪全國(guó)各地的客戶，傾聽(tīng)客戶的要求和反饋意見(jiàn)，認(rèn)真推介公司的產(chǎn)品，重點(diǎn)拓展重要客戶，邀請(qǐng)來(lái)自世界各地的客人、邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名客戶來(lái)公司做技術(shù)交流和指導(dǎo)工作。
圖2.2008年公司訂單行業(yè)分布比例
5 核心
作者：蔣建純 來(lái)源：
責(zé)任編輯：admin
