Ce este câmpul termic?

În domeniulcreșterea unui singur cristal, distribuția temperaturii în cuptorul de creștere a cristalelor joacă un rol critic. Această distribuție a temperaturii, denumită în mod obișnuit câmpul termic, este un factor vital care influențează calitatea și caracteristicile cristalului cultivat. Thecâmp termicpot fi clasificate în două tipuri: statice și dinamice.

Câmpuri termice statice și dinamice

Un câmp termic static se referă la distribuția relativ stabilă a temperaturii în sistemul de încălzire în timpul calcinării. Această stabilitate este menținută atunci când temperatura din interiorul cuptorului rămâne constantă în timp. Cu toate acestea, în timpul procesului propriu-zis de creștere a unui singur cristal, câmpul termic este departe de a fi static; este dinamic.

Un câmp termic dinamic este caracterizat de schimbări continue în distribuția temperaturii în interiorul cuptorului. Aceste schimbări sunt determinate de mai mulți factori:

Transformare de fază: Pe măsură ce materialul trece de la o fază lichidă la o fază solidă, se eliberează căldură latentă, care afectează distribuția temperaturii în cuptor.

Alungirea cristalului: Pe măsură ce cristalul crește mai mult, suprafața topiturii scade, modificând dinamica termică din cadrul sistemului.

Transfer de căldură: modurile de transfer de căldură, inclusiv conducția și radiația, evoluează pe tot parcursul procesului, contribuind în continuare la modificările câmpului termic.

Datorită acestor factori, câmpul termic dinamic este un aspect în continuă schimbare al creșterii monocristalului care necesită monitorizare și control atent.

Interfața solid-lichid

Interfața solid-lichid este un alt concept crucial în creșterea unui singur cristal. În orice moment, fiecare punct din cuptor are o anumită temperatură. Dacă conectăm toate punctele din câmpul termic care au aceeași temperatură, obținem o curbă spațială cunoscută sub numele de suprafață izotermă. Printre aceste suprafețe izoterme, una este deosebit de semnificativă - interfața solid-lichid.

Interfața solid-lichid este limita unde faza solidă a cristalului se întâlnește cu faza lichidă a topiturii. Această interfață este locul unde are loc creșterea cristalului, deoarece cristalul se formează din faza lichidă la această limită.

Gradienții de temperatură în creșterea unui singur cristal

În timpul creșterii siliciului monocristal,câmp termiccuprinde atât faze solide, cât și faze lichide, fiecare cu gradienți de temperatură distincti:

În cristal:

Gradient de temperatură longitudinal: se referă la diferența de temperatură de-a lungul lungimii cristalului.

Gradient de temperatură radială: se referă la diferența de temperatură pe raza cristalului.

În topire:

Gradient de temperatură longitudinal: se referă la diferența de temperatură de-a lungul înălțimii topiturii.

Gradient de temperatură radială: se referă la diferența de temperatură pe raza topiturii.

Acești gradienți reprezintă două distribuții diferite de temperatură, dar cea mai critică pentru determinarea stării de cristalizare este gradientul de temperatură la interfața solid-lichid.

Gradient de temperatură radială în cristal: determinat de conducția termică longitudinală și transversală, radiația de suprafață și poziția cristalului în câmpul termic. În general, temperatura este mai mare în centru și mai scăzută la marginile cristalului.

Gradient radial de temperatură în topire: influențat în primul rând de încălzitoarele din jur, cu centrul fiind mai rece și temperatura crescând spre creuzet. Gradientul radial de temperatură în topitură este întotdeauna pozitiv.

Optimizarea câmpului termic

O distribuție bine proiectată a temperaturii câmpului termic trebuie să satisfacă următoarele condiții:

Gradient de temperatură longitudinală adecvat în cristal: trebuie să fie suficient de mare pentru a se asigura că cristalul are suficientă capacitate de disipare a căldurii pentru a elimina căldura latentă de cristalizare. Cu toate acestea, nu ar trebui să fie excesiv de mare, deoarece acest lucru ar putea împiedica creșterea cristalelor.

Gradient de temperatură longitudinal substanțial în topitură: asigură că nu se formează noi nuclei de cristal în topitură. Cu toate acestea, dacă este prea mare, pot apărea luxații, ducând la defecte de cristal.

Gradient de temperatură longitudinală adecvat la interfața de cristalizare: ar trebui să fie suficient de mare pentru a crea suprarăcirea necesară, oferind suficient impuls de creștere pentru un singur cristal. Cu toate acestea, nu trebuie să fie prea mare pentru a evita defectele structurale. Între timp, gradientul radial de temperatură ar trebui să fie cât mai mic posibil pentru a menține o interfață plată de cristalizare.

Semicorex oferă calitate înaltăpiese din domeniul termicpentru industria semiconductoarelor Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Numărul de telefon de contact +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com