گرادیان دما در میدان حرارتی چیست؟

میدان حرارتی رشد تک کریستال توزیع فضایی دما در کوره با دمای بالا در طی فرآیند رشد تک کریستال است که مستقیماً بر کیفیت، سرعت رشد و سرعت تشکیل کریستال تک کریستال تأثیر می‌گذارد. میدان حرارتی را می توان به دو نوع حالت پایدار و گذرا تقسیم کرد. میدان حرارتی حالت پایدار محیط حرارتی با توزیع نسبتاً دما است، در حالی که میدان حرارتی گذرا دمای کوره دائماً در حال تغییر را نشان می‌دهد.

در طول رشد تک بلور، تبدیل فاز (فاز مایع به فاز جامد) به طور مداوم رخ می دهد و گرمای نهان انجماد را آزاد می کند. در همان زمان، زمانی که کریستال طولانی‌تر و طولانی‌تر کشیده می‌شود، سطح مذاب به طور مداوم افت می‌کند و هدایت گرما، تابش و سایر شرایط تغییر می‌کند. بنابراین میدان حرارتی متغیر است که به آن میدان حرارتی دینامیکی می گویند.

---

رابط جامد-مایع

در یک لحظه خاص، هر نقطه از کوره دارای دمای خاصی است. اگر تمام نقاط میدان دما را با یک دما به هم وصل کنیم، یک سطح فضایی به دست می آید. در این سطح فضایی، دما در همه جا یکسان است که به آن سطح همدما می گوییم. در میان خانواده سطوح همدما در کوره تک کریستال، یک سطح همدما بسیار ویژه وجود دارد که به عنوان مرز بین فاز جامد و فاز مایع عمل می کند، از این رو به آن رابط جامد و مایع نیز می گویند. کریستال ها از این رابط جامد-مایع رشد می کنند.

---

گرادیان دما

گرادیان دما به نرخ تغییر دما از دمای یک نقطه A در میدان حرارتی به دمای یک نقطه مجاور B در اطراف آن اشاره دارد، یعنی نرخ تغییر دما در واحد فاصله.

در طول رشد سیلیکون تک کریستالی، دو شکل (جامد و مذاب) در میدان حرارتی وجود دارد و بنابراین دو نوع گرادیان دما وجود دارد:

1. گرادیان درجه حرارت طولی و گرادیان دما شعاعی در کریستال.

2. گرادیان درجه حرارت طولی و گرادیان دمای شعاعی در مذاب.

این دو توزیع دما کاملاً متفاوت هستند، اما گرادیان دما در سطح مشترک جامد-مایع بیشترین تأثیر را بر حالت تبلور دارد. گرادیان دمای شعاعی کریستال توسط هدایت حرارتی طولی و عرضی کریستال، تابش سطحی و موقعیت آن در میدان حرارتی تعیین می شود. به طور کلی، دما در مرکز بالاتر و در لبه کریستال کمتر است. گرادیان دمای شعاعی مذاب عمدتاً توسط بخاری های اطراف بوته تعیین می شود، بنابراین دما در مرکز پایین تر و در نزدیکی بوته بالاتر است و گرادیان دمای شعاعی همیشه یک مقدار مثبت است.

---

الزامات برای توزیع مناسب دمای میدان حرارتی

1. گرادیان دمای طولی در کریستال باید به اندازه کافی بزرگ باشد اما نه بیش از حد، تا اطمینان حاصل شود که کریستال دارای ظرفیت اتلاف حرارت کافی در طول رشد برای حذف گرمای نهان تبلور است.

2. گرادیان دمایی طولی در مذاب باید نسبتاً زیاد باشد تا از تشکیل هسته‌های کریستالی جدید در مذاب جلوگیری شود. با این حال، یک گرادیان بیش از حد بزرگ به احتمال زیاد باعث دررفتگی و شکستن کریستال می شود.

3. گرادیان دمایی طولی در سطح مشترک تبلور باید به طور مناسب بزرگ باشد تا درجه فوق خنک کننده لازم را تشکیل دهد و نیروی محرکه کافی برای رشد تک بلور را فراهم کند. نباید خیلی بزرگ باشد، در غیر این صورت نقص های ساختاری ایجاد می شود. در همین حال، گرادیان دمای شعاعی باید تا حد امکان کوچک باشد تا سطح مشترک تبلور مسطح شود.

پیکربندی و انتخاب اجزای سیستم میدان حرارتی تا حد زیادی تغییر گرادیان دما را در داخل کوره با دمای بالا تعیین می‌کند. Semicorex با درجه بالا عرضه می کندبخاری های کامپوزیت C/C, لوله های راهنمای کامپوزیت C/C, بوته کامپوزیت C/Cاس وسیلندرهای عایق حرارتی کامپوزیت C/Cبه مشتریان عزیزمان، کمک به ساخت سیستم میدان حرارتی تک کریستالی با عملکرد خوب و پایدار برای دستیابی به کیفیت رشد کریستال بهینه و راندمان تولید.