Wat is de temperatuurgradiënt in het thermische veld?

Het thermische veld voor eenkristalgroei is de ruimtelijke verdeling van de temperatuur binnen de hogetemperatuuroven tijdens het groeiproces van een eenkristal, wat rechtstreeks van invloed is op de kwaliteit, de groeisnelheid en de kristalvormingssnelheid van het eenkristal. Thermisch veld kan worden onderverdeeld in steady-state en transiënte typen. Het stationaire thermische veld is de thermische omgeving met een relatief temperatuurverdeling, terwijl het voorbijgaande thermische veld de voortdurend veranderende oventemperatuur vertoont.

Tijdens de groei van een enkel kristal vindt fasetransformatie (vloeibare fase naar vaste fase) continu plaats, waarbij latente warmte bij het stollen vrijkomt. Tegelijkertijd, naarmate het kristal steeds langer wordt getrokken, daalt het smeltoppervlak voortdurend en veranderen de warmtegeleiding, straling en andere omstandigheden. Daarom is het thermische veld variabel, wat het dynamische thermische veld wordt genoemd.

---

De vaste stof-vloeistof interface

Op een bepaald moment heeft ieder punt in de oven een bepaalde temperatuur. Als we alle punten in het temperatuurveld met dezelfde temperatuur verbinden, ontstaat een ruimtelijk oppervlak. Op dit ruimtelijke oppervlak is de temperatuur overal hetzelfde, wat we een isotherm oppervlak noemen. Onder de familie van isothermische oppervlakken in de eenkristaloven bevindt zich een heel speciaal isotherm oppervlak dat dient als grens tussen de vaste fase en de vloeibare fase. Daarom wordt het ook wel het vaste-vloeistofgrensvlak genoemd. Kristallen groeien uit dit grensvlak tussen vaste stoffen en vloeistoffen.

---

De temperatuurgradiënt

Temperatuurgradiënt verwijst naar de snelheid van temperatuurverandering van de temperatuur van een punt A in het thermische veld naar de temperatuur van een aangrenzend punt B eromheen, dat wil zeggen de snelheid van temperatuurverandering per afstandseenheid.

Tijdens de groei van monokristallijn silicium zijn er twee vormen (vast en smelt) in het thermische veld, en dus twee soorten temperatuurgradiënten:

1. Longitudinale temperatuurgradiënt en radiale temperatuurgradiënt in het kristal.

2. Longitudinale temperatuurgradiënt en radiale temperatuurgradiënt in de smelt.

Dit zijn twee totaal verschillende temperatuurverdelingen, maar de temperatuurgradiënt aan het vast-vloeistofgrensvlak heeft de grootste impact op de kristallisatietoestand. De radiale temperatuurgradiënt van het kristal wordt bepaald door de longitudinale en transversale warmtegeleiding van het kristal, oppervlaktestraling en zijn positie in het thermische veld. Over het algemeen is de temperatuur hoger in het midden en lager aan de rand van het kristal. De radiale temperatuurgradiënt van de smelt wordt voornamelijk bepaald door de verwarmingselementen rond de smeltkroes, dus de temperatuur is lager in het midden en hoger nabij de smeltkroes, en de radiale temperatuurgradiënt is altijd een positieve waarde.

---

Vereisten voor een juiste temperatuurverdeling van het thermische veld

1. De longitudinale temperatuurgradiënt in het kristal moet voldoende groot zijn, maar niet overmatig, om te garanderen dat het kristal tijdens de groei voldoende warmtedissipatiecapaciteit heeft om de latente kristallisatiewarmte te verwijderen.

2. De longitudinale temperatuurgradiënt in de smelt moet relatief groot zijn om de vorming van nieuwe kristalkernen in de smelt te voorkomen; een te grote gradiënt zal echter waarschijnlijk dislocaties veroorzaken en resulteren in kristalbreuk.

3. De longitudinale temperatuurgradiënt bij het kristallisatiegrensvlak moet voldoende groot zijn om de noodzakelijke mate van onderkoeling te vormen, waardoor voldoende drijvende kracht wordt verschaft voor de groei van een enkel kristal. Het mag niet te groot zijn, anders zullen er structurele defecten optreden. Ondertussen moet de radiale temperatuurgradiënt zo klein mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat het kristallisatie-grensvlak de neiging heeft vlak te zijn.

De configuratie en componentselectie van het thermische veldsysteem bepalen grotendeels de variatie van de temperatuurgradiënt in de hogetemperatuuroven. Semicorex levert hoogwaardigeC/C composietverwarmers, C/C composiet geleidebuizen, C/C samengestelde smeltkroess enC/C composiet thermische isolatiecilindersaan onze gewaardeerde klanten, die helpen bij het bouwen van het goed presterende en stabiel werkende thermische veldsysteem met één kristal om een ​​optimale kristalgroeikwaliteit en productie-efficiëntie te bereiken.