Що таке теплове поле?

В області сріст монокристалів, розподіл температури всередині печі для вирощування кристалів відіграє вирішальну роль. Цей розподіл температури, який зазвичай називають тепловим полем, є життєво важливим фактором, який впливає на якість і характеристики кристала, що вирощується. Theтеплове полеможна розділити на два види: статичний і динамічний.

Статичні та динамічні теплові поля

Статичне теплове поле означає відносно стабільний розподіл температури в системі опалення під час прожарювання. Ця стабільність зберігається, коли температура всередині печі залишається стабільною протягом тривалого часу. Однак під час фактичного процесу монокристалічного росту теплове поле далеко не статичне; це динамічно.

Динамічне теплове поле характеризується безперервними змінами розподілу температури всередині печі. Ці зміни викликані кількома факторами:

Фазова трансформація: коли матеріал переходить з рідкої фази в тверду фазу, вивільняється приховане тепло, яке впливає на розподіл температури всередині печі.

Подовження кристала: коли кристал стає довшим, поверхня розплаву зменшується, змінюючи теплову динаміку всередині системи.

Передача тепла: способи передачі тепла, включаючи провідність і випромінювання, розвиваються протягом процесу, додатково сприяючи змінам теплового поля.

Через ці фактори динамічне теплове поле є постійно мінливим аспектом росту монокристалів, який вимагає ретельного моніторингу та контролю.

Інтерфейс тверде тіло-рідина

Інтерфейс тверда речовина-рідина є ще однією важливою концепцією у вирощуванні монокристалів. У будь-який момент кожна точка всередині печі має певну температуру. Якщо ми з’єднаємо всі точки теплового поля, які мають однакову температуру, ми отримаємо просторову криву, відому як ізотермічна поверхня. Серед цих ізотермічних поверхонь одна особливо важлива — межа розділу тверде тіло-рідина.

Межа розділу тверда речовина-рідина — це межа, де тверда фаза кристала зустрічається з рідкою фазою розплаву. На цій межі відбувається зростання кристала, оскільки кристал утворюється з рідкої фази на цій межі.

Температурні градієнти при вирощуванні монокристалів

Під час росту монокристалів кремніютеплове полеохоплює як тверду, так і рідку фази, кожна з яких має різні температурні градієнти:

У кристалі:

Поздовжній градієнт температури: відноситься до різниці температур уздовж довжини кристала.

Радіальний градієнт температури: відноситься до різниці температур по радіусу кристала.

У розплаві:

Поздовжній градієнт температури: відноситься до різниці температур по висоті розплаву.

Радіальний градієнт температури: відноситься до різниці температур по радіусу розплаву.

Ці градієнти представляють два різні розподіли температури, але найбільш критичним для визначення стану кристалізації є градієнт температури на межі розділу тверда речовина-рідина.

Радіальний градієнт температури в кристалі: визначається поздовжнім і поперечним теплопровідністю, поверхневим випромінюванням і положенням кристала в тепловому полі. Як правило, температура вища в центрі і нижча на краях кристала.

Радіальний температурний градієнт у розплаві: в основному під впливом оточуючих нагрівачів, при цьому центр є холоднішим, а температура зростає до тигля. Радіальний градієнт температури в розплаві завжди позитивний.

Оптимізація теплового поля

Добре спроектований розподіл температури теплового поля повинен задовольняти наступним умовам:

Адекватний поздовжній градієнт температури в кристалі: він повинен бути достатньо великим, щоб гарантувати, що кристал має достатню тепловідвідну здатність для відведення прихованої теплоти кристалізації. Однак він не повинен бути занадто великим, оскільки це може перешкоджати росту кристалів.

Істотний поздовжній градієнт температури в розплаві: гарантує, що в розплаві не утворюються нові кристалічні зародки. Однак, якщо він занадто великий, можуть виникнути дислокації, що призведе до дефектів кристала.

Відповідний поздовжній температурний градієнт на межі кристалізації: він має бути достатньо великим, щоб створити необхідне переохолодження, забезпечуючи достатній стимул зростання для монокристала. Однак він не повинен бути занадто великим, щоб уникнути структурних дефектів. Між тим, радіальний градієнт температури повинен бути якомога меншим, щоб підтримувати плоску межу кристалізації.

Semicorex пропонує високу якістьчастини в тепловому полідля напівпровідникової промисловості. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com