Qual é o gradiente de temperatura no campo térmico?

O campo térmico de crescimento de cristal único é a distribuição espacial da temperatura dentro do forno de alta temperatura durante o processo de crescimento de cristal único, que afeta diretamente a qualidade, a taxa de crescimento e a taxa de formação de cristal do único cristal. O campo térmico pode ser dividido em tipos estacionário e transitório. O campo térmico em estado estacionário é o ambiente térmico com uma distribuição de temperatura relativamente, enquanto o campo térmico transitório exibe a temperatura do forno em constante mudança.

Durante o crescimento do cristal único, a transformação de fase (fase líquida para fase sólida) ocorre continuamente, liberando calor latente de solidificação. Ao mesmo tempo, à medida que o cristal é puxado cada vez mais, a superfície fundida cai continuamente e a condução de calor, a radiação e outras condições mudam. Portanto, o campo térmico é variável, denominado campo térmico dinâmico.

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A interface sólido-líquido

Num determinado momento, cada ponto do forno apresenta uma temperatura específica. Se conectarmos todos os pontos do campo de temperatura com a mesma temperatura, obteremos uma superfície espacial. Nesta superfície espacial, a temperatura é a mesma em todos os lugares, o que chamamos de superfície isotérmica. Entre a família de superfícies isotérmicas no forno monocristalino, existe uma superfície isotérmica muito especial que serve como limite entre a fase sólida e a fase líquida, por isso também é conhecida como interface sólido-líquido. Os cristais crescem a partir desta interface sólido-líquido.

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O gradiente de temperatura

Gradiente de temperatura refere-se à taxa de mudança de temperatura desde a temperatura de um ponto A no campo térmico até a temperatura de um ponto adjacente B ao seu redor, ou seja, a taxa de mudança de temperatura por unidade de distância.

Durante o crescimento do silício monocristalino, existem duas formas (sólido e fundido) no campo térmico e, portanto, dois tipos de gradientes de temperatura:

1. Gradiente de temperatura longitudinal e gradiente de temperatura radial no cristal.

2. Gradiente de temperatura longitudinal e gradiente de temperatura radial no fundido.

Estas são duas distribuições de temperatura completamente diferentes, mas o gradiente de temperatura na interface sólido-líquido tem o maior impacto no estado de cristalização. O gradiente radial de temperatura do cristal é determinado pela condução de calor longitudinal e transversal do cristal, pela radiação superficial e por sua posição no campo térmico. De modo geral, a temperatura é mais alta no centro e mais baixa na borda do cristal. O gradiente radial de temperatura do fundido é determinado principalmente pelos aquecedores ao redor do cadinho, de modo que a temperatura é mais baixa no centro e mais alta perto do cadinho, e o gradiente radial de temperatura é sempre um valor positivo.

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Requisitos para distribuição adequada de temperatura do campo térmico

1. O gradiente longitudinal de temperatura no cristal deve ser suficientemente grande, mas não excessivamente, para garantir que o cristal tenha capacidade de dissipação de calor suficiente durante o crescimento para remover o calor latente da cristalização.

2. O gradiente longitudinal de temperatura no fundido deve ser relativamente grande para evitar a formação de novos núcleos cristalinos no fundido; no entanto, um gradiente excessivamente grande provavelmente causará deslocamentos e resultará na quebra do cristal.

3. O gradiente longitudinal de temperatura na interface de cristalização deve ser apropriadamente grande para formar o grau de super-resfriamento necessário, fornecendo força motriz suficiente para o crescimento de um único cristal. Não deve ser muito grande, caso contrário ocorrerão defeitos estruturais. Enquanto isso, o gradiente radial de temperatura deve ser o menor possível para fazer com que a interface de cristalização tenda a ser plana.

A configuração e a seleção dos componentes do sistema de campo térmico determinam em grande parte a variação do gradiente de temperatura dentro do forno de alta temperatura. Semicorex fornece produtos de alta qualidadeAquecedores compostos C/C, Tubos-guia compostos C/C, Cadinho composto C/CareiaCilindros de isolamento térmico composto C/Caos nossos valiosos clientes, ajudando a construir o sistema de campo térmico de cristal único bem executado e operado de forma estável para alcançar a qualidade ideal de crescimento de cristal e eficiência de produção.