Kaj je toplotno polje?

Na področjumonokristalna rast, ima porazdelitev temperature v peči za rast kristalov ključno vlogo. Ta porazdelitev temperature, običajno imenovana toplotno polje, je ključni dejavnik, ki vpliva na kakovost in lastnosti kristala, ki ga gojimo. Thetoplotno poljelahko razvrstimo v dve vrsti: statične in dinamične.

Statična in dinamična toplotna polja

Statično toplotno polje se nanaša na razmeroma stabilno porazdelitev temperature v ogrevalnem sistemu med kalcinacijo. Ta stabilnost se ohrani, ko temperatura v peči ostane konstantna skozi čas. Vendar med dejanskim procesom rasti monokristala toplotno polje še zdaleč ni statično; je dinamično.

Za dinamično toplotno polje so značilne stalne spremembe porazdelitve temperature v peči. Te spremembe poganja več dejavnikov:

Fazna transformacija: Ko material prehaja iz tekoče faze v trdno fazo, se sprosti latentna toplota, ki vpliva na porazdelitev temperature v peči.

Raztezek kristala: ko se kristal daljša, se površina taline zmanjša, kar spremeni toplotno dinamiko v sistemu.

Prenos toplote: Načini prenosa toplote, vključno s prevodnostjo in sevanjem, se skozi proces spreminjajo in dodatno prispevajo k spremembam v toplotnem polju.

Zaradi teh dejavnikov je dinamično toplotno polje nenehno spreminjajoč se vidik rasti monokristala, ki zahteva skrbno spremljanje in nadzor.

Vmesnik med trdno in tekočino

Vmesnik med trdno in tekočino je še en ključni koncept pri rasti monokristala. V vsakem trenutku ima vsaka točka v peči določeno temperaturo. Če povežemo vse točke znotraj toplotnega polja, ki imajo enako temperaturo, dobimo prostorsko krivuljo, imenovano izotermna površina. Med temi izotermičnimi površinami je ena še posebej pomembna – vmesnik med trdno in tekočino.

Meja med trdno in tekočino je meja, kjer se trdna faza kristala sreča s tekočo fazo taline. Ta vmesnik je mesto, kjer pride do rasti kristalov, saj se kristal oblikuje iz tekoče faze na tej meji.

Temperaturni gradienti pri rasti monokristala

Med rastjo monokristalnega silicija setoplotno poljezajema trdno in tekočo fazo, vsaka z različnimi temperaturnimi gradienti:

V kristalu:

Vzdolžni temperaturni gradient: Nanaša se na temperaturno razliko vzdolž dolžine kristala.

Radialni temperaturni gradient: Nanaša se na temperaturno razliko čez polmer kristala.

V talini:

Vzdolžni temperaturni gradient: Nanaša se na temperaturno razliko vzdolž višine taline.

Radialni temperaturni gradient: Nanaša se na temperaturno razliko čez polmer taline.

Ti gradienti predstavljajo dve različni temperaturni porazdelitvi, vendar je najbolj kritičen za določanje kristalizacijskega stanja temperaturni gradient na meji med trdno in tekočino.

Radialni temperaturni gradient v kristalu: Določen z vzdolžno in prečno toplotno prevodnostjo, površinskim sevanjem in položajem kristala znotraj toplotnega polja. Na splošno je temperatura višja v središču in nižja na robovih kristala.

Radialni temperaturni gradient v talini: nanj predvsem vplivajo okoliški grelniki, pri čemer je središče hladnejše in temperatura narašča proti lončku. Radialni temperaturni gradient v talini je vedno pozitiven.

Optimizacija toplotnega polja

Dobro načrtovana porazdelitev temperature toplotnega polja mora izpolnjevati naslednje pogoje:

Ustrezen vzdolžni temperaturni gradient v kristalu: mora biti dovolj velik, da zagotovi, da ima kristal dovolj toplotne zmogljivosti za odvajanje latentne toplote kristalizacije. Vendar ne sme biti pretirano velik, saj bi to lahko oviralo rast kristalov.

Velik vzdolžni temperaturni gradient v talini: Zagotavlja, da v talini ne nastajajo nova kristalna jedra. Če pa je prevelik, lahko pride do dislokacij, ki vodijo do kristalnih napak.

Ustrezen vzdolžni temperaturni gradient na kristalizacijski meji: Biti mora dovolj velik, da ustvari potrebno podhlajenje, kar zagotavlja zadosten pogon rasti za monokristal. Vendar pa ne sme biti prevelik, da se izognete strukturnim napakam. Medtem mora biti radialni temperaturni gradient čim manjši, da se ohrani ravna kristalizacijska ploskev.

Semicorex ponuja visoko kakovostdeli v termičnem poljuza industrijo polprevodnikov Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in nas kontaktirajte.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com