Kaj je temperaturni gradient v toplotnem polju?

Toplotno polje rasti monokristala je prostorska porazdelitev temperature v visokotemperaturni peči med procesom rasti monokristala, ki neposredno vpliva na kakovost, hitrost rasti in hitrost nastajanja kristalov monokristala. Toplotno polje lahko razdelimo na stacionarno in prehodno. Termično polje v stanju dinamičnega ravnovesja je toplotno okolje z relativno porazdelitvijo temperature, medtem ko prehodno termično polje kaže nenehno spreminjajočo se temperaturo peči.

Med rastjo monokristala poteka neprekinjena fazna transformacija (tekoča faza v trdno fazo), pri čemer se sprošča latentna toplota strjevanja. Hkrati, ko kristal vlečemo dlje in dlje, se površina taline nenehno znižuje, prevodnost toplote, sevanje in drugi pogoji pa se spreminjajo. Zato je toplotno polje spremenljivo, kar imenujemo dinamično toplotno polje.

---

Vmesnik med trdno in tekočino

V določenem trenutku ima vsaka točka v peči določeno temperaturo. Če povežemo vse točke v temperaturnem polju z isto temperaturo, dobimo prostorsko površino. Na tej prostorski površini je temperatura povsod enaka, kar imenujemo izotermna površina. Med družino izotermičnih površin v monokristalni peči je zelo posebna izotermna površina, ki služi kot meja med trdno fazo in tekočo fazo, zato je znana tudi kot vmesnik med trdno in tekočino. Kristali rastejo iz tega vmesnika med trdno in tekočino.

---

Temperaturni gradient

Temperaturni gradient se nanaša na hitrost spremembe temperature od temperature točke A v termičnem polju do temperature sosednje točke B okoli nje, to je hitrost spremembe temperature na enoto razdalje.

Med rastjo monokristalnega silicija obstajata dve obliki (trdna in staljena) v termičnem polju in s tem dve vrsti temperaturnih gradientov:

1. Vzdolžni temperaturni gradient in radialni temperaturni gradient v kristalu.

2. Vzdolžni temperaturni gradient in radialni temperaturni gradient v talini.

Gre za dve popolnoma različni temperaturni porazdelitvi, vendar ima na kristalizacijsko stanje največji vpliv temperaturni gradient na meji trdno-tekoče. Radialni temperaturni gradient kristala je določen z vzdolžno in prečno toplotno prevodnostjo kristala, površinskim sevanjem in njegovim položajem v toplotnem polju. Na splošno je temperatura višja v središču in nižja na robu kristala. Radialni temperaturni gradient taline v glavnem določajo grelci okoli lončka, zato je temperatura nižja v središču in višja v bližini lončka, radialni temperaturni gradient pa je vedno pozitivna vrednost.

---

Zahteve za pravilno porazdelitev temperature toplotnega polja

1. Vzdolžni temperaturni gradient v kristalu mora biti dovolj velik, vendar ne pretiran, da se zagotovi, da ima kristal med rastjo zadostno zmogljivost odvajanja toplote za odstranitev kristalizacijske latentne toplote.

2. Vzdolžni temperaturni gradient v talini mora biti razmeroma velik, da se prepreči nastajanje novih kristalnih jeder v talini; vendar pa lahko pretirano velik gradient povzroči dislokacije in povzroči zlom kristala.

3. Vzdolžni temperaturni gradient na meji kristalizacije mora biti ustrezno velik, da se oblikuje potrebna stopnja podhlajevanja, kar zagotavlja zadostno gonilno silo za rast posameznega kristala. Ne sme biti prevelik, sicer se bodo pojavile strukturne napake. Medtem mora biti radialni temperaturni gradient čim manjši, da bo mejna površina kristalizacije ravna.

Konfiguracija in izbira komponent sistema termičnega polja v veliki meri določata spremembo temperaturnega gradienta znotraj visokotemperaturne peči. Semicorex dobavlja visoko kakovostneC/C kompozitni grelniki, C/C kompozitne vodilne cevi, C/C kompozitni lončeks inC/C kompozitni toplotnoizolacijski cilindrinašim cenjenim strankam, ki nam pomagajo zgraditi dobro izveden in stabilno delujoč enokristalni sistem toplotnega polja za doseganje optimalne kakovosti rasti kristalov in proizvodne učinkovitosti.