میدان حرارتی چیست؟

در زمینهرشد تک کریستالیتوزیع دما در کوره رشد کریستال نقش مهمی ایفا می کند. این توزیع دما، که معمولاً به عنوان میدان حرارتی نامیده می شود، یک عامل حیاتی است که بر کیفیت و ویژگی های کریستال در حال رشد تأثیر می گذارد. رامیدان حرارتیرا می توان به دو نوع استاتیک و دینامیک دسته بندی کرد.

میدان های حرارتی استاتیک و دینامیک

میدان حرارتی استاتیک به توزیع دمای نسبتاً پایدار در سیستم گرمایش در طول کلسینه اشاره دارد. این پایداری زمانی حفظ می شود که دمای داخل کوره در طول زمان ثابت بماند. با این حال، در طول فرآیند واقعی رشد تک بلور، میدان حرارتی از ایستا فاصله زیادی دارد. پویا است

یک میدان حرارتی پویا با تغییرات مداوم در توزیع دما در داخل کوره مشخص می شود. این تغییرات توسط چندین عامل هدایت می شود:

تبدیل فاز: با انتقال مواد از فاز مایع به فاز جامد، گرمای نهان آزاد می‌شود که بر توزیع دما در کوره تأثیر می‌گذارد.

ازدیاد طول کریستال: با افزایش طول کریستال، سطح مذاب کاهش می‌یابد و دینامیک حرارتی درون سیستم را تغییر می‌دهد.

انتقال حرارت: حالت‌های انتقال حرارت، از جمله رسانش و تابش، در طول فرآیند تکامل می‌یابند و به تغییرات میدان حرارتی کمک می‌کنند.

به دلیل این عوامل، میدان حرارتی دینامیکی یک جنبه دائماً در حال تغییر از رشد تک کریستال است که نیاز به نظارت و کنترل دقیق دارد.

رابط جامد-مایع

رابط جامد و مایع یکی دیگر از مفاهیم مهم در رشد تک کریستال است. در هر لحظه، هر نقطه در کوره دمای خاصی دارد. اگر تمام نقاط درون میدان حرارتی را که دمای یکسانی دارند به هم وصل کنیم، یک منحنی فضایی به دست می‌آوریم که به عنوان سطح همدما شناخته می‌شود. در میان این سطوح همدما، یکی از آنها بسیار مهم است - رابط جامد و مایع.

رابط جامد و مایع مرزی است که در آن فاز جامد کریستال با فاز مایع مذاب ملاقات می کند. این رابط جایی است که رشد کریستال رخ می دهد، زیرا کریستال از فاز مایع در این مرز تشکیل می شود.

گرادیان های دما در رشد تک کریستالی

در طول رشد سیلیکون تک کریستال،میدان حرارتیشامل هر دو فاز جامد و مایع است که هر کدام دارای گرادیان های دمایی مشخص هستند:

در کریستال:

Gradient دما طولی: به اختلاف دما در طول کریستال اشاره دارد.

گرادیان دمای شعاعی: به اختلاف دما در سراسر شعاع کریستال اشاره دارد.

در مذاب:

گرادیان دما طولی: به اختلاف دما در طول ارتفاع مذاب اشاره دارد.

گرادیان دمایی شعاعی: به اختلاف دما در سراسر شعاع مذاب اشاره دارد.

این شیب ها نشان دهنده دو توزیع دما متفاوت هستند، اما مهم ترین آنها برای تعیین حالت تبلور، گرادیان دما در سطح مشترک جامد-مایع است.

گرادیان دمای شعاعی در کریستال: با هدایت حرارتی طولی و عرضی، تابش سطحی و موقعیت کریستال در میدان حرارتی تعیین می‌شود. به طور کلی، دما در مرکز بالاتر و در لبه‌های کریستال کمتر است.

گرادیان حرارتی شعاعی در مذاب: عمدتاً تحت تأثیر گرمکن‌های اطراف قرار می‌گیرد و مرکز سردتر است و دما به سمت بوته افزایش می‌یابد. گرادیان دمای شعاعی در مذاب همیشه مثبت است.

بهینه سازی میدان حرارتی

یک توزیع دمای میدان حرارتی به خوبی طراحی شده باید شرایط زیر را برآورده کند:

گرادیان دمای طولی کافی در کریستال: باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا اطمینان حاصل شود که کریستال دارای ظرفیت اتلاف حرارت کافی برای انتقال گرمای نهان تبلور است. با این حال، نباید بیش از حد بزرگ باشد، زیرا می تواند مانع رشد کریستال شود.

گرادیان دمای طولی قابل توجه در مذاب: تضمین می کند که هیچ هسته کریستالی جدیدی در مذاب تشکیل نشود. با این حال، اگر بیش از حد بزرگ باشد، ممکن است دررفتگی رخ دهد که منجر به نقص کریستال شود.

گرادیان دمای طولی مناسب در رابط کریستالیزاسیون: باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا ابرسرد شدن لازم را ایجاد کند و محرک رشد کافی برای تک کریستال فراهم کند. با این حال، برای جلوگیری از نقص ساختاری، نباید خیلی بزرگ باشد. در همین حال، گرادیان دمای شعاعی باید تا حد امکان کوچک باشد تا یک رابط تبلور مسطح حفظ شود.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدقطعات در زمینه حرارتیبرای صنعت نیمه هادی اگر سؤالی دارید یا به جزئیات بیشتری نیاز دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com