¿Cuál es el gradiente de temperatura en el campo térmico?

El campo térmico de crecimiento del monocristal es la distribución espacial de la temperatura dentro del horno de alta temperatura durante el proceso de crecimiento del monocristal, que afecta directamente la calidad, la tasa de crecimiento y la tasa de formación de cristales del monocristal. El campo térmico se puede dividir en tipos de estado estacionario y transitorio. El campo térmico de estado estacionario es el ambiente térmico con una distribución de temperatura relativa, mientras que el campo térmico transitorio exhibe una temperatura del horno en constante cambio.

Durante el crecimiento del monocristal, la transformación de fase (fase líquida a fase sólida) ocurre continuamente, liberando calor latente de solidificación. Al mismo tiempo, a medida que el cristal se estira cada vez más, la superficie fundida cae continuamente y la conducción de calor, la radiación y otras condiciones cambian. Por tanto, el campo térmico es variable, lo que se denomina campo térmico dinámico.

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La interfaz sólido-líquido

En un momento determinado, cada punto del horno tiene una temperatura específica. Si conectamos todos los puntos del campo de temperatura con la misma temperatura, se obtiene una superficie espacial. En esta superficie espacial, la temperatura es la misma en todas partes, lo que llamamos superficie isotérmica. Entre la familia de superficies isotérmicas en el horno monocristalino, existe una superficie isotérmica muy especial que sirve como límite entre la fase sólida y la fase líquida, de ahí que también se la conozca como interfaz sólido-líquido. Los cristales crecen a partir de esta interfaz sólido-líquido.

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El gradiente de temperatura

El gradiente de temperatura se refiere a la tasa de cambio de temperatura desde la temperatura de un punto A en el campo térmico hasta la temperatura de un punto B adyacente a su alrededor, es decir, la tasa de cambio de temperatura por unidad de distancia.

Durante el crecimiento del silicio monocristalino, hay dos formas (sólida y fundida) en el campo térmico y, por tanto, dos tipos de gradientes de temperatura:

1. gradiente de temperatura longitudinal y gradiente de temperatura radial en el cristal.

2. gradiente de temperatura longitudinal y gradiente de temperatura radial en la masa fundida.

Se trata de dos distribuciones de temperatura completamente diferentes, pero el gradiente de temperatura en la interfaz sólido-líquido tiene el mayor impacto en el estado de cristalización. El gradiente radial de temperatura del cristal está determinado por la conducción de calor longitudinal y transversal del cristal, la radiación superficial y su posición en el campo térmico. En general, la temperatura es mayor en el centro y menor en el borde del cristal. El gradiente de temperatura radial de la masa fundida está determinado principalmente por los calentadores alrededor del crisol, por lo que la temperatura es más baja en el centro y más alta cerca del crisol, y el gradiente de temperatura radial es siempre un valor positivo.

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Requisitos para una distribución adecuada de la temperatura del campo térmico

1. El gradiente de temperatura longitudinal en el cristal debe ser suficientemente grande, pero no excesivo, para garantizar que el cristal tenga suficiente capacidad de disipación de calor durante el crecimiento para eliminar el calor latente de cristalización.

2. El gradiente de temperatura longitudinal en la masa fundida debe ser relativamente grande para evitar la formación de nuevos núcleos cristalinos en la masa fundida; sin embargo, es probable que un gradiente excesivamente grande provoque dislocaciones y provoque la rotura del cristal.

3. El gradiente de temperatura longitudinal en la interfaz de cristalización debe ser apropiadamente grande para formar el grado de sobreenfriamiento necesario, proporcionando suficiente fuerza impulsora para el crecimiento del monocristal. No debe ser demasiado grande, de lo contrario se producirán defectos estructurales. Mientras tanto, el gradiente radial de temperatura debe ser lo más pequeño posible para que la interfaz de cristalización tienda a ser plana.

La configuración y selección de componentes del sistema de campo térmico determinan en gran medida la variación del gradiente de temperatura dentro del horno de alta temperatura. Semicorex suministra alta calidadCalentadores compuestos C/C, Tubos guía compuestos C/C, Crisol compuesto C/CarenaCilindros de aislamiento térmico compuesto C/Ca nuestros valiosos clientes, ayudando a construir el sistema de campo térmico monocristalino con buen rendimiento y funcionamiento estable para lograr una calidad óptima de crecimiento de cristales y una eficiencia de producción.