Захтеви за термичку униформност у зонском рафинирању
Зонска рафинација органских полупроводника као што су антрацен, рубрен и Ц8-БТБТ захтева изузетно стабилне интерфејсе растапања током завршног пролаза пречишћавања. Уједначеност зида цеви ПФА грејача, мерена као укупни индиковани излаз (ТИР), директно утиче на дистрибуцију температуре по ободу око растопане зоне. Квантитативна анализа из 12 органских полупроводничких система за пречишћавање показује да ПФА цеви за грејање са ТИР испод 0,05 мм производе температурне варијације у интерфејсу растопа од ±0,3 степена, омогућавајући раст монокристала. ТИР изнад 0,10 мм ствара температурне варијације од ±1,2 степена, узрокујући ломљење интерфејса и поликристалну контаминацију.
Уједначеност зида и дистрибуција топлотног флукса
За ПФА цев за грејање са номиналном дебљином зида од 2,0 мм, ТИР од 0,05 мм значи да дебљина зида варира од 1,975 мм до 2,025 мм по обиму. Топлотни отпор кроз ПФА зид је пропорционалан дебљини, тако да варијација од 0,05 мм ствара 2,5% варијације у топлотном флуксу при константној унутрашњој температури жице. За грејач који ради на температури жице од 180 степени, ово производи варијацију температуре по ободу од ±0,3 степена на унутрашњој површини полимера која долази у контакт са топљеном полупроводника. Када се ТИР повећа на 0,10 мм (1,95 мм до 2,05 мм), варијација дебљине се удвостручује на 0,10 мм, стварајући 5% варијације топлотног флукса и варијацију температуре од ±0,8 степени на интерфејсу растопа. Растлине органских полупроводника имају изузетно стрме границе фаза; варијације температуре изнад ±0,5 степени изазивају осциловање интерфејса растопа, задржавајући нечистоће.
Осетљивост коначног пролаза и захтеви ТИР
Завршни пролаз пречишћавања у зонском рафинирању ради са најспоријим брзинама кретања зоне (0,5 до 2 мм/сат) и најужим дужинама зона (5 до 10 мм). Под овим условима, закривљеност површине растопа је веома осетљива на температуру{5}}. Положај интерфејса се помера за приближно 0,3 мм на 1 степен промене температуре. За грејач са ТИР од 0,10 мм који производи варијацију од ±0,8 степени, позиција интерфејса варира за ±0,24 мм око обима цеви, стварајући не-планарни фронт очвршћавања који увлачи нечистоће из растопа. За ТИР испод 0,05 мм са варијацијом од ±0,3 степена, позиција интерфејса варира за само ±0,09 мм, одржавајући довољно раван предњи део за раст кристала високе{18}} чистоће. Једнокристални органски полупроводници са чистоћом изнад 99,99% захтевају ТИР испод 0,035 мм за поуздане перформансе коначног пролаза.
Мерење и спецификација ТИР-а
Укупни индиковани отпуштање цеви ПФА грејача треба да се мери ласерском профилометријом док се цев ротира на прецизним центрима. Мерење треба да обухвати варијацију дебљине зида, варијацију спољашњег пречника и грешку концентричности између унутрашње и спољашње површине. Цев са савршено уједначеном дебљином зида, али овалног попречног-пресека (не-спољног пречника) и даље производи варијацију ободног топлотног флукса јер се растојање од грејне жице до спољне површине разликује. Наведите дебљину зида ТИР и концентричност ТИР, са комбинованим ограничењем од 0,05 мм. Добављачи треба да обезбеде податке о ТИР мерењу на три аксијалне позиције (зона улаз, средина, излаз) за сваки грејач, пошто униформност зида може да варира дуж дужине цеви.
Утицај ТИР на ефикасност пречишћавања
| Грејач ТИР (комбиновани зид + концентричност) | Варијација циркумференцијалне температуре на интерфејсу талине | Варијација положаја интерфејса | Чистоћа коначног пролаза достижна | Погодност апликације |
|---|---|---|---|---|
| < 0.03mm | ±0,2 степена | ±0.06мм | 99.995% | Истраживачка класа једног{0}}кристала |
| 0,03 до 0,05 мм | ±0,3 степена | ±0,09 мм | 99.99% | Уређај високе{0}}врсте чистоће |
| 0,05 до 0,08 мм | ±0,5 степени | ±0,15 мм | 99.95% | Поликристална електронска класа |
| 0,08 до 0,12 мм | ±0,8 степени | ±0.24мм | 99.9% | Само технички ниво |
| >0.12мм | >±1,0 степен | >±0.30мм | < 99.9% | Није погодно за пречишћавање |
Методе производње за ниске ТИР
Постизање ТИР испод 0,05 мм захтева прецизне методе производње. Екструдиране ПФА цеви превучене преко полираног трна постижу ТИР од 0,03 до 0,06 мм у зависности од квалитета стола за извлачење и након{4}}екструзијског жарења. Термоскупљане цеви, где се велика цев шири и скупља на трн, постижу ТИР од 0,02 до 0,04 мм јер процес скупљања коригује не-уједначености из корака екструзије. Обрађене ПФА цеви, где су унутрашње и спољашње површине прецизни струг-претворене од чврсте шипке, постижу најнижи ТИР (0,01 до 0,02 мм), али захтевају скупу накнадну{14}}обраду и не могу се правити у дужинама већим од 300 мм. За грејаче за зонску рафинацију дужине 500 мм, наведите топло{18}}скупљану конструкцију са сертификацијом ТИР испод 0,04 мм.
Дебљина зида и ТИР интеракција
Апсолутна ТИР вредност се мора узети у обзир у односу на номиналну дебљину зида. Варијација од 0,05 мм у зиду од 1,5 мм ствара варијацију дебљине од 3,3%, док иста варијација од 0,05 мм у зиду од 2,5 мм ствара само 2,0% варијације. За дати ТИР, дебљи зидови производе мање процентуалне варијације и стога мање ободне температурне разлике. За пречишћавање зона за које је потребан ТИР испод 0,05 мм, навођење дебљине зида од 2,3 мм до 2,5 мм смањује топлотну последицу било које преостале не{12}}уједначености. Међутим, дебљи зидови такође смањују укупан пренос топлоте, што захтева више температуре жице. За органске полупроводнике са ниским температурама термичке деградације (200 степени до 250 степени), дебљина зида не би требало да прелази 2,5 мм да би се одржао адекватан топлотни ток на безбедним температурама жице.
Смернице за спецификације грејача за зонску рафинацију
За зонско рафинирање органских полупроводника, наведите ПФА цеви за грејање са комбинованом дебљином зида и концентричности ТИР испод 0,05 мм, мерене ласерском профилометријом по целој загрејаној дужини. Захтевати сертификацију ТИР-а у интервалима од 10 мм, са максималним ТИР-ом од 0,05 мм и просечним ТИР-ом испод 0,035 мм. За пречишћавање завршног пролаза са циљем за једно-класу уређаја (чистоћа > 99,99%), наведите ТИР испод 0,035 мм. Затражите термички{10}}скупљену конструкцију са полирањем трна да бисте постигли потребну униформност. За истраживачке апликације где су трошкови ограничени, прихватите ТИР од 0,05-0,08 мм и планирајте 3-4 пролаза пречишћавања уместо једнократног коначног пречишћавања. Када наручујете више грејача за исти систем, затражите усклађене ТИР профиле тако да заменски грејачи производе идентичне дистрибуције температуре, избегавајући поновну калибрацију параметара кретања по зони.
