ما هو المجال الحراري؟

في مجالنمو بلوري واحد، يلعب توزيع درجة الحرارة داخل فرن النمو البلوري دورًا حاسمًا. يعد توزيع درجة الحرارة هذا، والذي يشار إليه عادةً بالمجال الحراري، عاملاً حيويًا يؤثر على جودة وخصائص البلورة التي يتم زراعتها. الالمجال الحرارييمكن تصنيفها إلى نوعين: ثابت وديناميكي.

المجالات الحرارية الثابتة والديناميكية

يشير المجال الحراري الثابت إلى توزيع درجة الحرارة المستقر نسبيًا داخل نظام التسخين أثناء التكليس. يتم الحفاظ على هذا الاستقرار عندما تظل درجة الحرارة داخل الفرن ثابتة مع مرور الوقت. ومع ذلك، أثناء العملية الفعلية لنمو بلورة واحدة، يكون المجال الحراري بعيدًا عن كونه ثابتًا؛ إنها ديناميكية.

يتميز المجال الحراري الديناميكي بالتغيرات المستمرة في توزيع درجة الحرارة داخل الفرن. هذه التغييرات مدفوعة بعدة عوامل:

تحول الطور: عندما تنتقل المادة من الطور السائل إلى الطور الصلب، يتم إطلاق الحرارة الكامنة، مما يؤثر على توزيع درجة الحرارة داخل الفرن.

استطالة البلورة: مع نمو البلورة لفترة أطول، يتناقص سطح المنصهر، مما يغير الديناميكيات الحرارية داخل النظام.

نقل الحرارة: تتطور طرق نقل الحرارة، بما في ذلك التوصيل والإشعاع، طوال العملية، مما يساهم بشكل أكبر في التغيرات في المجال الحراري.

وبسبب هذه العوامل، يعد المجال الحراري الديناميكي جانبًا دائم التغير لنمو البلورة المفردة والذي يتطلب مراقبة وتحكمًا دقيقين.

الواجهة الصلبة والسائلة

تعد الواجهة الصلبة والسائلة مفهومًا مهمًا آخر في نمو البلورة الفردية. في أي لحظة، كل نقطة داخل الفرن لها درجة حرارة محددة. إذا قمنا بربط جميع النقاط داخل المجال الحراري التي تشترك في نفس درجة الحرارة، فسنحصل على منحنى مكاني يعرف بالسطح المتساوي الحرارة. ومن بين هذه الأسطح متساوية الحرارة، هناك واحد ذو أهمية خاصة، وهو الواجهة الصلبة والسائلة.

الواجهة الصلبة والسائلة هي الحدود التي يلتقي فيها الطور الصلب من البلورة مع الطور السائل من الذوبان. هذه الواجهة هي المكان الذي يحدث فيه نمو البلورات، حيث تتشكل البلورات من الطور السائل عند هذه الحدود.

التدرجات الحرارية في النمو البلوري المفرد

أثناء نمو السيليكون البلوري الأحادي،المجال الحرارييشمل كلا من المرحلتين الصلبة والسائلة، ولكل منهما تدرجات حرارة مميزة:

في الكريستال:

التدرج الطولي لدرجة الحرارة: يشير إلى اختلاف درجات الحرارة على طول البلورة.

التدرج في درجة الحرارة الشعاعية: يشير إلى اختلاف درجة الحرارة عبر نصف قطر البلورة.

في الذوبان:

التدرج الطولي لدرجة الحرارة: يشير إلى اختلاف درجات الحرارة على طول ارتفاع المنصهر.

التدرج في درجة الحرارة الشعاعية: يشير إلى اختلاف درجة الحرارة عبر نصف قطر الذوبان.

تمثل هذه التدرجات توزيعين مختلفين لدرجة الحرارة، ولكن الأكثر أهمية لتحديد حالة التبلور هو التدرج في درجة الحرارة عند الواجهة الصلبة والسائلة.

التدرج الحراري الشعاعي في البلورة: يتم تحديده عن طريق التوصيل الحراري الطولي والعرضي، والإشعاع السطحي، وموقع البلورة داخل المجال الحراري. بشكل عام، تكون درجة الحرارة أعلى في المركز وأقل عند حواف البلورة.

التدرج الحراري الشعاعي في المصهور: يتأثر بشكل أساسي بالسخانات المحيطة، حيث يكون المركز أكثر برودة وتزداد درجة الحرارة باتجاه البوتقة. يكون التدرج الحراري الشعاعي في الذوبان إيجابيًا دائمًا.

تحسين المجال الحراري

يجب أن يستوفي توزيع درجة حرارة المجال الحراري المصمم جيدًا الشروط التالية:

التدرج الحراري الطولي المناسب في البلورة: يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي لضمان أن البلورة لديها قدرة كافية على تبديد الحرارة لحمل الحرارة الكامنة للتبلور. ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون كبيرة جدًا، لأن ذلك قد يعيق نمو البلورات.

التدرج الكبير في درجة الحرارة الطولية في الذوبان: يضمن عدم تشكل نواة بلورية جديدة داخل الذوبان. ومع ذلك، إذا كانت كبيرة جدًا، فقد تحدث اضطرابات، مما يؤدي إلى عيوب كريستالية.

تدرج درجة الحرارة الطولي المناسب في واجهة التبلور: يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي لإنشاء التبريد الفائق اللازم، مما يوفر محرك نمو كافٍ للبلورة المنفردة. ومع ذلك، يجب ألا تكون كبيرة جدًا لتجنب العيوب الهيكلية. وفي الوقت نفسه، ينبغي أن يكون التدرج في درجة الحرارة الشعاعية صغيرًا قدر الإمكان للحفاظ على واجهة تبلور مسطحة.

تقدم Semicorex جودة عاليةأجزاء في المجال الحراريلصناعة أشباه الموصلات إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com