Qual è il gradiente di temperatura nel campo termico?

Il campo termico di crescita del singolo cristallo è la distribuzione spaziale della temperatura all'interno del forno ad alta temperatura durante il processo di crescita del singolo cristallo, che influenza direttamente la qualità, il tasso di crescita e il tasso di formazione dei cristalli del singolo cristallo. Il campo termico può essere suddiviso in statico e transitorio. Il campo termico stazionario è l'ambiente termico con una distribuzione relativa della temperatura, mentre il campo termico transitorio mostra la temperatura del forno in costante cambiamento.

Durante la crescita del singolo cristallo, la trasformazione di fase (da fase liquida a fase solida) avviene continuamente, rilasciando calore latente di solidificazione. Allo stesso tempo, man mano che il cristallo viene tirato sempre più a lungo, la superficie fusa diminuisce continuamente e la conduzione del calore, la radiazione e altre condizioni cambiano. Pertanto, il campo termico è variabile, denominato campo termico dinamico.

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L'interfaccia solido-liquido

Ad un certo momento ogni punto del forno ha una temperatura specifica. Se colleghiamo tutti i punti del campo di temperatura con la stessa temperatura, otteniamo una superficie spaziale. Su questa superficie spaziale, la temperatura è la stessa ovunque, che chiamiamo superficie isotermica. Nella famiglia delle superfici isotermiche nel forno monocristallino, esiste una superficie isotermica molto speciale che funge da confine tra la fase solida e la fase liquida, per questo è nota anche come interfaccia solido-liquido. I cristalli crescono da questa interfaccia solido-liquido.

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Il gradiente di temperatura

Il gradiente di temperatura si riferisce alla velocità di variazione della temperatura dalla temperatura di un punto A nel campo termico alla temperatura di un punto B adiacente attorno ad esso, cioè la velocità di variazione della temperatura per unità di distanza.

Durante la crescita del silicio monocristallino, nel campo termico esistono due forme (solida e fusa) e quindi due tipi di gradienti di temperatura:

1. Gradiente di temperatura longitudinale e gradiente di temperatura radiale nel cristallo.

2. Gradiente di temperatura longitudinale e gradiente di temperatura radiale nella massa fusa.

Si tratta di due distribuzioni di temperatura completamente diverse, ma il gradiente di temperatura all'interfaccia solido-liquido ha il maggiore impatto sullo stato di cristallizzazione. Il gradiente di temperatura radiale del cristallo è determinato dalla conduzione termica longitudinale e trasversale del cristallo, dalla radiazione superficiale e dalla sua posizione nel campo termico. In generale, la temperatura è più alta al centro e più bassa sul bordo del cristallo. Il gradiente di temperatura radiale della massa fusa è determinato principalmente dai riscaldatori attorno al crogiolo, quindi la temperatura è più bassa al centro e più alta vicino al crogiolo, e il gradiente di temperatura radiale è sempre un valore positivo.

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Requisiti per una corretta distribuzione della temperatura del campo termico

1. Il gradiente di temperatura longitudinale nel cristallo dovrebbe essere sufficientemente ampio ma non eccessivo, per garantire che il cristallo abbia una capacità di dissipazione del calore sufficiente durante la crescita per rimuovere il calore latente della cristallizzazione.

2. Il gradiente longitudinale di temperatura nella massa fusa dovrebbe essere relativamente ampio per prevenire la formazione di nuovi nuclei cristallini nella massa fusa; tuttavia, un gradiente eccessivamente ampio potrebbe causare dislocazioni e provocare la rottura dei cristalli.

3. Il gradiente di temperatura longitudinale all'interfaccia di cristallizzazione dovrebbe essere adeguatamente ampio per formare il grado di sottoraffreddamento necessario, fornendo una forza trainante sufficiente per la crescita del singolo cristallo. Non dovrebbe essere troppo grande, altrimenti si verificheranno difetti strutturali. Nel frattempo, il gradiente di temperatura radiale dovrebbe essere il più piccolo possibile per far sì che l'interfaccia di cristallizzazione tenda ad essere piatta.

La configurazione e la scelta dei componenti del sistema del campo termico determinano in gran parte la variazione del gradiente di temperatura all'interno del forno ad alta temperatura. Semicorex fornisce prodotti di alta qualitàRiscaldatori compositi C/C, Tubi guida compositi C/C, Crogiolo composito C/CsabbiaCilindri compositi per isolamento termico C/Cai nostri stimati clienti, aiutando a costruire il sistema di campo termico monocristallo ben eseguito e gestito in modo stabile per ottenere una qualità di crescita dei cristalli e un'efficienza produttiva ottimali.