Jaki jest gradient temperatury w polu termicznym?

Pole termiczne wzrostu monokryształu to przestrzenny rozkład temperatury w piecu wysokotemperaturowym podczas procesu wzrostu monokryształu, który bezpośrednio wpływa na jakość, szybkość wzrostu i szybkość tworzenia kryształów monokryształu. Pole termiczne można podzielić na stałe i przejściowe. Pole termiczne w stanie ustalonym to środowisko termiczne o względnym rozkładzie temperatur, natomiast pole termiczne w stanie przejściowym charakteryzuje się stale zmieniającą się temperaturą pieca.

Podczas wzrostu monokryształów przemiana fazowa (z fazy ciekłej w fazę stałą) zachodzi w sposób ciągły, uwalniając utajone ciepło krzepnięcia. Jednocześnie, gdy kryształ jest ciągnięty coraz dłużej, powierzchnia stopu stale spada, a przewodzenie ciepła, promieniowanie i inne warunki ulegają zmianie. Dlatego pole termiczne jest zmienne, co nazywa się dynamicznym polem termicznym.

---

Interfejs ciało stałe-ciecz

W pewnym momencie każdy punkt pieca ma określoną temperaturę. Jeśli połączymy wszystkie punkty pola temperaturowego o tej samej temperaturze, otrzymamy powierzchnię przestrzenną. Na tej powierzchni przestrzennej temperatura jest wszędzie taka sama, co nazywamy powierzchnią izotermiczną. Wśród rodziny powierzchni izotermicznych w piecu monokrystalicznym istnieje bardzo szczególna powierzchnia izotermiczna, która służy jako granica między fazą stałą a fazą ciekłą, dlatego nazywana jest również granicą faz ciało stałe-ciecz. Kryształy wyrastają z tej granicy faz ciało stałe-ciecz.

---

Gradient temperatury

Gradient temperatury odnosi się do szybkości zmian temperatury od temperatury punktu A w polu termicznym do temperatury sąsiedniego punktu B wokół niego, tj. szybkości zmiany temperatury na jednostkę odległości.

Podczas wzrostu krzemu monokrystalicznego w polu termicznym występują dwie formy (stała i stopiona), a zatem dwa rodzaje gradientów temperatury:

1. Podłużny gradient temperatury i promieniowy gradient temperatury w krysztale.

2. Podłużny gradient temperatury i promieniowy gradient temperatury w stopie.

Są to dwa zupełnie różne rozkłady temperatur, jednak największy wpływ na stan krystalizacji ma gradient temperatury na granicy faz ciało stałe-ciecz. Promieniowy gradient temperatury kryształu jest określony przez podłużne i poprzeczne przewodzenie ciepła przez kryształ, promieniowanie powierzchniowe i jego położenie w polu termicznym. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura jest wyższa w środku i niższa na krawędzi kryształu. Promieniowy gradient temperatury wytopu jest determinowany głównie przez grzejniki wokół tygla, zatem temperatura jest niższa w środku i wyższa w pobliżu tygla, a promieniowy gradient temperatury ma zawsze wartość dodatnią.

---

Wymagania dotyczące prawidłowego rozkładu temperatury pola cieplnego

1. Podłużny gradient temperatury w krysztale powinien być wystarczająco duży, ale nie nadmierny, aby zapewnić kryształowi wystarczającą zdolność rozpraszania ciepła podczas wzrostu w celu usunięcia ciepła utajonego krystalizacji.

2. Wzdłużny gradient temperatury w stopie powinien być stosunkowo duży, aby zapobiec tworzeniu się nowych zarodków krystalicznych w stopie; jednakże zbyt duży gradient może spowodować dyslokacje i spowodować pęknięcie kryształu.

3. Podłużny gradient temperatury na granicy faz krystalizacji powinien być odpowiednio duży, aby uzyskać niezbędny stopień przechłodzenia, zapewniający wystarczającą siłę napędową wzrostu monokryształów. Nie powinien być zbyt duży, w przeciwnym razie wystąpią wady konstrukcyjne. Tymczasem promieniowy gradient temperatury powinien być tak mały, jak to możliwe, aby powierzchnia styku krystalizacji była raczej płaska.

Konfiguracja i dobór komponentów układu pola cieplnego w dużej mierze determinują zmianę gradientu temperatury wewnątrz pieca wysokotemperaturowego. Semicorex dostarcza wysokiej jakości produktyKompozytowe grzejniki C/C, Kompozytowe rurki prowadzące C/C, Tygiel kompozytowy C/CiCylindry z kompozytową izolacją termiczną C/Cnaszym cenionym klientom, pomagając w budowie dobrze działającego i stabilnie działającego monokrystalicznego systemu pola termicznego, aby osiągnąć optymalną jakość wzrostu kryształów i wydajność produkcji.