Що таке градієнт температури в тепловому полі?

Теплове поле росту монокристала — це просторовий розподіл температури всередині високотемпературної печі під час процесу вирощування монокристала, який безпосередньо впливає на якість, швидкість росту та швидкість формування кристала монокристала. Теплове поле можна розділити на стаціонарне і перехідне. Стаціонарне теплове поле — це теплове середовище з відносним розподілом температури, тоді як перехідне теплове поле демонструє постійну зміну температури печі.

Під час росту монокристалів фазове перетворення (рідка фаза в тверду фазу) відбувається безперервно, вивільняючи приховану теплоту твердіння. У той же час, коли кристал витягується все довше і довше, поверхня розплаву безперервно падає, а теплопровідність, випромінювання та інші умови змінюються. Тому теплове поле є змінним, що називається динамічним тепловим полем.

---

Інтерфейс тверде тіло-рідина

У певний момент кожна точка в печі має певну температуру. Якщо з’єднати всі точки температурного поля з однаковою температурою, то вийде просторова поверхня. На цій просторовій поверхні температура всюди однакова, яку ми називаємо ізотермічною поверхнею. Серед сімейства ізотермічних поверхонь в монокристалічній печі є дуже особлива ізотермічна поверхня, яка служить межею між твердою фазою та рідкою фазою, тому вона також відома як межа розділу тверда речовина-рідина. Кристали ростуть із цього розділу між твердим та рідинним речовинами.

---

Температурний градієнт

Температурний градієнт означає швидкість зміни температури від температури точки A в тепловому полі до температури сусідньої точки B навколо неї, тобто швидкість зміни температури на одиницю відстані.

Під час росту монокристалічного кремнію існує дві форми (тверда та розплавлена) у тепловому полі, а отже, два типи температурних градієнтів:

1. Поздовжній градієнт температури та радіальний градієнт температури в кристалі.

2. Поздовжній градієнт температури та радіальний градієнт температури в розплаві.

Це два абсолютно різних розподілу температури, але найбільший вплив на стан кристалізації має градієнт температури на межі розділу тверда речовина-рідина. Радіальний градієнт температури кристала визначається поздовжньою і поперечною теплопровідністю кристала, поверхневим випромінюванням і його положенням в тепловому полі. Взагалі кажучи, температура вища в центрі і нижча на краю кристала. Радіальний градієнт температури розплаву в основному визначається нагрівачами навколо тигля, тому температура нижча в центрі та вища біля тигля, а радіальний градієнт температури завжди є додатним значенням.

---

Вимоги до правильного розподілу температури теплового поля

1. Поздовжній градієнт температури в кристалі повинен бути достатньо великим, але не надмірним, щоб гарантувати, що кристал має достатню здатність розсіювати тепло під час росту для видалення прихованого тепла кристалізації.

2. Поздовжній градієнт температури в розплаві повинен бути відносно великим, щоб запобігти утворенню нових кристалічних зародків у розплаві; однак надмірно великий градієнт може спричинити дислокації та призвести до руйнування кристала.

3. Поздовжній температурний градієнт на межі кристалізації має бути достатньо великим, щоб сформувати необхідний ступінь переохолодження, забезпечуючи достатню рушійну силу для росту монокристалів. Він не повинен бути занадто великим, інакше виникнуть дефекти конструкції. Між тим, радіальний температурний градієнт повинен бути якомога меншим, щоб поверхня кристалізації мала тенденцію бути плоскою.

Конфігурація та вибір компонентів системи теплового поля значною мірою визначають зміну градієнта температури всередині високотемпературної печі. Semicorex постачає високоякісніC/C композитні обігрівачі, Композитні направляючі труби C/C, Композитний тигель C/Cs іКомпозитні теплоізоляційні циліндри C/Cнашим шановним клієнтам, допомагаючи побудувати якісну та стабільну систему монокристалічного теплового поля для досягнення оптимальної якості росту кристалів та ефективності виробництва.