Wie groß ist der Temperaturgradient des Wärmefeldes eines Einkristallofens?

Was ist dasthermisches Feld?

Das Temperaturfeld vonEinkristallwachstumbezieht sich auf die räumliche Temperaturverteilung in einem Einkristallofen, auch thermisches Feld genannt. Während der Kalzinierung ist die Temperaturverteilung im thermischen System relativ stabil, was als statisches thermisches Feld bezeichnet wird. Während des Wachstums eines Einkristalls ändert sich das Wärmefeld, was als dynamisches Wärmefeld bezeichnet wird.

Wenn ein Einkristall wächst, wird aufgrund der kontinuierlichen Umwandlung der Phase (flüssige Phase in feste Phase) die latente Wärme der festen Phase kontinuierlich freigesetzt. Gleichzeitig wird der Kristall immer länger, der Schmelzspiegel sinkt stetig und die Wärmeleitung und Strahlung verändern sich. Daher ändert sich das Wärmefeld, was als dynamisches Wärmefeld bezeichnet wird.

Was ist die Fest-Flüssig-Grenzfläche?

Zu einem bestimmten Zeitpunkt hat jeder Punkt im Ofen eine bestimmte Temperatur. Wenn wir im Temperaturfeld die Punkte im Raum mit gleicher Temperatur verbinden, erhalten wir eine räumliche Oberfläche. Auf dieser Raumfläche ist die Temperatur überall gleich, wir nennen sie eine isotherme Fläche. Unter den isothermen Oberflächen im Einkristallofen gibt es eine ganz besondere isotherme Oberfläche, die die Grenzfläche zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase darstellt und daher auch als Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche bezeichnet wird. Der Kristall wächst aus der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche.

Was ist ein Temperaturgradient?

Der Temperaturgradient bezieht sich auf die Änderungsrate der Temperatur eines Punktes A im Wärmefeld zur Temperatur eines nahegelegenen Punktes B. Das heißt, die Änderungsrate der Temperatur innerhalb einer Einheitsentfernung.

Wanneinkristallines Siliziumwächst, gibt es im thermischen Feld zwei Formen von Feststoff und Schmelze, und es gibt auch zwei Arten von Temperaturgradienten:

▪ Der longitudinale Temperaturgradient und der radiale Temperaturgradient im Kristall.

▪ Der longitudinale Temperaturgradient und der radiale Temperaturgradient in der Schmelze.

▪ Dies sind zwei völlig unterschiedliche Temperaturverteilungen, aber der Temperaturgradient an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche kann den Kristallisationszustand am stärksten beeinflussen. Der radiale Temperaturgradient des Kristalls wird durch die longitudinale und transversale Wärmeleitung des Kristalls, die Oberflächenstrahlung und die neue Position im Wärmefeld bestimmt. Im Allgemeinen ist die Mitteltemperatur hoch und die Kantentemperatur des Kristalls niedrig. Der radiale Temperaturgradient der Schmelze wird hauptsächlich durch die sie umgebenden Heizgeräte bestimmt, daher ist die Temperatur in der Mitte niedrig, die Temperatur in der Nähe des Tiegels hoch und der radiale Temperaturgradient ist immer positiv.

Eine angemessene Temperaturverteilung des Wärmefeldes muss die folgenden Bedingungen erfüllen:

▪ Der longitudinale Temperaturgradient im Kristall ist groß genug, aber nicht zu groß, um sicherzustellen, dass währenddessen genügend Wärmeableitungskapazität vorhanden istKristallwachstumum die latente Kristallisationswärme abzuführen.

▪ Der longitudinale Temperaturgradient in der Schmelze ist relativ groß, so dass keine neuen Kristallkeime in der Schmelze entstehen. Wenn es jedoch zu groß ist, kann es leicht zu Verschiebungen und Brüchen kommen.

▪ Der longitudinale Temperaturgradient an der Kristallisationsgrenzfläche ist entsprechend groß und sorgt so für die notwendige Unterkühlung, damit der Einkristall über einen ausreichenden Wachstumsimpuls verfügt. Er sollte nicht zu groß sein, da sonst strukturelle Defekte auftreten, und der radiale Temperaturgradient sollte so klein wie möglich sein, um die Kristallisationsgrenzfläche flach zu machen.

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