Какво е топлинно поле?

В областта намонокристален растеж, разпределението на температурата в пещта за отглеждане на кристали играе критична роля. Това разпределение на температурата, обикновено наричано термично поле, е жизненоважен фактор, който влияе върху качеството и характеристиките на отглеждания кристал. Theтоплинно полемогат да бъдат категоризирани в два вида: статични и динамични.

Статични и динамични топлинни полета

Статично термично поле се отнася до относително стабилно разпределение на температурата в отоплителната система по време на калциниране. Тази стабилност се поддържа, когато температурата вътре в пещта остава постоянна във времето. Въпреки това, по време на действителния процес на растеж на единичен кристал, топлинното поле далеч не е статично; тя е динамична.

Динамичното термично поле се характеризира с непрекъснати промени в разпределението на температурата в пещта. Тези промени се движат от няколко фактора:

Фазова трансформация: Когато материалът преминава от течна фаза към твърда фаза, се отделя латентна топлина, която оказва влияние върху разпределението на температурата в пещта.

Удължаване на кристала: Тъй като кристалът расте по-дълго, повърхността на стопилката намалява, променяйки топлинната динамика в системата.

Пренос на топлина: Режимите на пренос на топлина, включително проводимост и излъчване, се развиват по време на процеса, като допълнително допринасят за промените в топлинното поле.

Поради тези фактори, динамичното термично поле е непрекъснато променящ се аспект на растежа на единичен кристал, който изисква внимателно наблюдение и контрол.

Интерфейсът твърдо-течно вещество

Интерфейсът твърдо-течност е друга важна концепция в монокристалния растеж. Във всеки един момент всяка точка в пещта има определена температура. Ако свържем всички точки в термичното поле, които споделят една и съща температура, получаваме пространствена крива, известна като изотермична повърхност. Сред тези изотермични повърхности една е особено важна - границата твърдо-течно.

Интерфейсът твърдо-течно е границата, където твърдата фаза на кристала среща течната фаза на стопилката. Този интерфейс е мястото, където се случва кристалният растеж, тъй като кристалът се образува от течната фаза на тази граница.

Температурни градиенти при монокристален растеж

По време на растежа на монокристален силиций,топлинно полеобхваща както твърди, така и течни фази, всяка с различни температурни градиенти:

В кристала:

Надлъжен температурен градиент: Отнася се до температурната разлика по дължината на кристала.

Радиален температурен градиент: Отнася се до температурната разлика по радиуса на кристала.

В топенето:

Надлъжен температурен градиент: Отнася се до температурната разлика по височината на стопилката.

Радиален температурен градиент: Отнася се до температурната разлика по радиуса на стопилката.

Тези градиенти представляват две различни температурни разпределения, но най-критичният за определяне на състоянието на кристализация е температурният градиент на границата твърдо-течно вещество.

Радиален температурен градиент в кристала: Определя се от надлъжна и напречна топлопроводимост, повърхностно излъчване и позиция на кристала в термичното поле. Обикновено температурата е по-висока в центъра и по-ниска в краищата на кристала.

Радиален температурен градиент в стопилката: Основно повлиян от околните нагреватели, като центърът е по-хладен и температурата се повишава към тигела. Радиалният температурен градиент в стопилката винаги е положителен.

Оптимизиране на термичното поле

Добре проектираното разпределение на температурата на топлинното поле трябва да отговаря на следните условия:

Адекватен надлъжен температурен градиент в кристала: Той трябва да бъде достатъчно голям, за да гарантира, че кристалът има достатъчен капацитет за разсейване на топлината, за да отнесе латентната топлина на кристализацията. Въпреки това, той не трябва да бъде прекалено голям, тъй като това може да попречи на растежа на кристалите.

Значителен надлъжен температурен градиент в стопилката: Гарантира, че в стопилката не се образуват нови кристални ядра. Въпреки това, ако е твърде голям, могат да възникнат дислокации, водещи до кристални дефекти.

Подходящ надлъжен температурен градиент на границата на кристализация: Той трябва да е достатъчно голям, за да създаде необходимото преохлаждане, осигурявайки достатъчен стимул за растеж на единичния кристал. Въпреки това, той не трябва да бъде твърде голям, за да се избегнат структурни дефекти. Междувременно радиалният температурен градиент трябва да бъде възможно най-малък, за да се поддържа плоска повърхност на кристализация.

Semicorex предлага високо качествочасти в термично полеза полупроводниковата индустрия Ако имате някакви запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com