Co to jest pole termiczne?

W dziedziniewzrost monokryształu, rozkład temperatury w piecu do wzrostu kryształów odgrywa kluczową rolę. Ten rozkład temperatury, powszechnie nazywany polem termicznym, jest istotnym czynnikiem wpływającym na jakość i właściwości hodowanego kryształu. Thepole termicznemożna podzielić na dwa typy: statyczne i dynamiczne.

Statyczne i dynamiczne pola cieplne

Statyczne pole termiczne odnosi się do stosunkowo stabilnego rozkładu temperatury w systemie grzewczym podczas kalcynacji. Stabilność ta jest utrzymywana, gdy temperatura wewnątrz pieca pozostaje stała w czasie. Jednakże podczas samego procesu wzrostu monokryształu pole termiczne jest dalekie od statycznego; jest dynamiczny.

Dynamiczne pole termiczne charakteryzuje się ciągłymi zmianami rozkładu temperatury w piecu. Zmiany te wynikają z kilku czynników:

Transformacja fazowa: Gdy materiał przechodzi z fazy ciekłej do fazy stałej, uwalniane jest ciepło utajone, które wpływa na rozkład temperatury w piecu.

Wydłużenie kryształu: W miarę wydłużania się kryształu powierzchnia stopu zmniejsza się, zmieniając dynamikę termiczną w systemie.

Przenikanie ciepła: Sposoby przenoszenia ciepła, w tym przewodzenie i promieniowanie, ewoluują w trakcie procesu, dodatkowo przyczyniając się do zmian w polu termicznym.

Z powodu tych czynników dynamiczne pole termiczne jest stale zmieniającym się aspektem wzrostu monokryształów, który wymaga dokładnego monitorowania i kontroli.

Interfejs ciało stałe-ciecz

Interfejs ciało stałe-ciecz to kolejna kluczowa koncepcja wzrostu monokryształów. W dowolnym momencie każdy punkt pieca ma określoną temperaturę. Jeśli połączymy wszystkie punkty w polu termicznym, które mają tę samą temperaturę, otrzymamy krzywą przestrzenną zwaną powierzchnią izotermiczną. Spośród tych powierzchni izotermicznych jedna jest szczególnie znacząca – granica faz ciało stałe-ciecz.

Granica faza stała-ciecz to granica, na której faza stała kryształu spotyka się z fazą ciekłą stopu. Na tej granicy następuje wzrost kryształów, gdy kryształ tworzy się z fazy ciekłej na tej granicy.

Gradienty temperatury we wzroście pojedynczego kryształu

Podczas wzrostu monokrystalicznego krzemu,pole termiczneobejmuje zarówno fazę stałą, jak i ciekłą, z których każda ma różne gradienty temperatury:

W Krysztale:

Podłużny gradient temperatury: odnosi się do różnicy temperatur wzdłuż długości kryształu.

Promieniowy gradient temperatury: odnosi się do różnicy temperatur na promieniu kryształu.

W stopieniu:

Wzdłużny gradient temperatury: odnosi się do różnicy temperatur wzdłuż wysokości stopu.

Promieniowy gradient temperatury: odnosi się do różnicy temperatur w promieniu stopu.

Gradienty te reprezentują dwa różne rozkłady temperatur, ale najważniejszym dla określenia stanu krystalizacji jest gradient temperatury na granicy faz ciało stałe-ciecz.

Promieniowy gradient temperatury w krysztale: określony przez wzdłużne i poprzeczne przewodzenie ciepła, promieniowanie powierzchniowe i położenie kryształu w polu termicznym. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura jest wyższa w środku i niższa na krawędziach kryształu.

Promieniowy gradient temperatury w stopie: na który wpływają głównie otaczające grzejniki, przy czym środek jest chłodniejszy, a temperatura rośnie w kierunku tygla. Promieniowy gradient temperatury w stopie jest zawsze dodatni.

Optymalizacja pola cieplnego

Dobrze zaprojektowany rozkład temperatury pola cieplnego powinien spełniać następujące warunki:

Odpowiedni wzdłużny gradient temperatury w krysztale: musi być wystarczająco duży, aby kryształ miał wystarczającą zdolność rozpraszania ciepła, aby odprowadzić utajone ciepło krystalizacji. Nie powinien być jednak zbyt duży, gdyż może to utrudniać wzrost kryształów.

Znaczny wzdłużny gradient temperatury w stopie: Zapewnia, że ​​w stopie nie tworzą się żadne nowe zarodki kryształów. Jeśli jednak będzie zbyt duży, mogą wystąpić dyslokacje prowadzące do defektów kryształu.

Odpowiedni wzdłużny gradient temperatury na granicy faz krystalizacji: Powinien być wystarczająco duży, aby wytworzyć niezbędne przechłodzenie, zapewniając wystarczający napęd wzrostu monokryształu. Nie może być jednak zbyt duży, aby uniknąć wad konstrukcyjnych. Tymczasem promieniowy gradient temperatury powinien być tak mały, jak to możliwe, aby utrzymać płaską powierzchnię rozdziału krystalizacji.

Semicorex oferuje wysoką jakośćczęści w polu termicznymdla przemysłu półprzewodników Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych informacji, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com