Что такое температурный градиент в тепловом поле?

Тепловое поле роста монокристалла представляет собой пространственное распределение температуры внутри высокотемпературной печи во время процесса роста монокристалла, которое напрямую влияет на качество, скорость роста и скорость образования кристаллов монокристалла. Тепловое поле можно разделить на стационарное и переходное. Стационарное тепловое поле представляет собой тепловую среду с относительным распределением температуры, тогда как переходное тепловое поле демонстрирует постоянно меняющуюся температуру печи.

Во время роста монокристалла фазовое превращение (из жидкой фазы в твердую) происходит непрерывно, выделяя скрытую теплоту затвердевания. В то же время по мере того, как кристалл тянут все дольше и дольше, поверхность расплава непрерывно опускается, а теплопроводность, излучение и другие условия изменяются. Следовательно, тепловое поле является переменным и называется динамическим тепловым полем.

---

Интерфейс твердое тело-жидкость

В определенный момент каждая точка печи имеет определенную температуру. Если соединить все точки температурного поля с одинаковой температурой, получится пространственная поверхность. На этой пространственной поверхности температура всюду одинакова, которую мы называем изотермической поверхностью. Среди семейства изотермических поверхностей в монокристаллической печи существует особая изотермическая поверхность, которая служит границей между твердой фазой и жидкой фазой, поэтому ее также называют границей раздела твердое тело-жидкость. Кристаллы растут на границе твердого тела и жидкости.

---

Градиент температуры

Под градиентом температуры понимается скорость изменения температуры от температуры точки А в тепловом поле до температуры соседней точки В вокруг нее, т. е. скорость изменения температуры на единицу расстояния.

Во время роста монокристаллического кремния в тепловом поле существуют две формы (твердая и расплавленная) и, следовательно, два типа температурных градиентов:

1. Продольный градиент температуры и радиальный градиент температуры в кристалле.

2. Продольный градиент температуры и радиальный градиент температуры в расплаве.

Это два совершенно разных распределения температуры, но наибольшее влияние на состояние кристаллизации оказывает температурный градиент на границе твердого тела и жидкости. Радиальный градиент температуры кристалла определяется продольной и поперечной теплопроводностью кристалла, поверхностным излучением и его положением в тепловом поле. Вообще говоря, температура выше в центре и ниже на краю кристалла. Радиальный градиент температуры расплава в основном определяется нагревателями вокруг тигля, поэтому температура ниже в центре и выше вблизи тигля, причем радиальный градиент температуры всегда имеет положительную величину.

---

Требования к правильному распределению температуры теплового поля

1. Продольный градиент температуры в кристалле должен быть достаточно большим, но не чрезмерно, чтобы кристалл имел достаточную способность рассеивать тепло во время роста и отводить скрытую теплоту кристаллизации.

2. Продольный градиент температуры в расплаве должен быть относительно большим, чтобы предотвратить образование новых кристаллических зародышей в расплаве; однако чрезмерно большой градиент может вызвать дислокации и привести к разрушению кристалла.

3. Продольный градиент температуры на границе кристаллизации должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить необходимую степень переохлаждения, обеспечивающую достаточную движущую силу для роста монокристаллов. Он не должен быть слишком большим, иначе возникнут дефекты конструкции. При этом радиальный градиент температуры должен быть как можно меньшим, чтобы граница кристаллизации имела тенденцию быть плоской.

Конфигурация и выбор компонентов системы теплового поля во многом определяют изменение градиента температуры внутри высокотемпературной печи. Semicorex поставляет высококачественныеКомбинированные нагреватели C/C, Композитные направляющие трубки C/C, Композитный тигель C/CпесокC/C композитные теплоизоляционные цилиндрынашим уважаемым клиентам, помогая создать хорошо работающую и стабильно работающую монокристаллическую систему термического поля для достижения оптимального качества выращивания кристаллов и эффективности производства.