ما هو التدرج الحراري في المجال الحراري؟

المجال الحراري لنمو البلورة المفردة هو التوزيع المكاني لدرجة الحرارة داخل فرن درجة الحرارة العالية أثناء عملية نمو البلورة المفردة، مما يؤثر بشكل مباشر على الجودة ومعدل النمو ومعدل تكوين البلورة للبلورة المفردة. يمكن تقسيم المجال الحراري إلى أنواع الحالة الثابتة والعابرة. المجال الحراري ذو الحالة المستقرة هو البيئة الحرارية مع توزيع درجات الحرارة نسبيًا، بينما يُظهر المجال الحراري العابر درجة حرارة الفرن المتغيرة باستمرار.

أثناء نمو البلورة المفردة، يحدث تحول الطور (الطور السائل إلى الطور الصلب) بشكل مستمر، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة الكامنة للتصلب. في الوقت نفسه، مع سحب البلورة لفترة أطول وأطول، ينخفض ​​سطح الذوبان بشكل مستمر، ويتغير التوصيل الحراري والإشعاع والظروف الأخرى. ولذلك فإن المجال الحراري متغير، وهو ما يشار إليه بالمجال الحراري الديناميكي.

---

الواجهة الصلبة والسائلة

في لحظة معينة، كل نقطة في الفرن لها درجة حرارة محددة. إذا قمنا بتوصيل جميع النقاط في مجال درجة الحرارة بنفس درجة الحرارة، فسيتم الحصول على سطح مكاني. على هذا السطح المكاني، تكون درجة الحرارة هي نفسها في كل مكان، وهو ما نسميه السطح متساوي الحرارة. من بين عائلة الأسطح متساوية الحرارة في الفرن البلوري المفرد، يوجد سطح متساوي الحرارة خاص جدًا يعمل بمثابة الحد بين الطور الصلب والطور السائل، ومن ثم يُعرف أيضًا باسم الواجهة الصلبة والسائلة. تنمو البلورات من هذه الواجهة الصلبة والسائلة.

---

التدرج في درجة الحرارة

يشير التدرج الحراري إلى معدل تغير درجة الحرارة من درجة حرارة النقطة A في المجال الحراري إلى درجة حرارة النقطة المجاورة B حولها، أي معدل تغير درجة الحرارة لكل وحدة مسافة.

أثناء نمو السيليكون أحادي البلورة، هناك شكلين (صلب ومنصهر) في المجال الحراري، وبالتالي نوعان من التدرجات الحرارية:

1. التدرج الطولي في درجة الحرارة والتدرج في درجة الحرارة الشعاعية في البلورة.

2. التدرج الطولي لدرجة الحرارة والتدرج الحراري الشعاعي في الذوبان.

هذان توزيعان مختلفان تمامًا لدرجة الحرارة، لكن التدرج في درجة الحرارة عند السطح البيني للصلب والسائل له التأثير الأكبر على حالة التبلور. يتم تحديد التدرج في درجة الحرارة الشعاعية للبلورة من خلال التوصيل الحراري الطولي والعرضي للبلورة، والإشعاع السطحي، وموقعها في المجال الحراري. بشكل عام، تكون درجة الحرارة أعلى في المركز وأقل عند حافة البلورة. يتم تحديد التدرج في درجة الحرارة الشعاعية للمصهور بشكل أساسي بواسطة السخانات الموجودة حول البوتقة، وبالتالي تكون درجة الحرارة أقل في المركز وأعلى بالقرب من البوتقة، ويكون تدرج درجة الحرارة الشعاعية دائمًا قيمة موجبة.

---

متطلبات التوزيع المناسب لدرجة حرارة المجال الحراري

1. يجب أن يكون التدرج الحراري الطولي في البلورة كبيرًا بدرجة كافية ولكن ليس بشكل مفرط، للتأكد من أن البلورة لديها قدرة كافية على تبديد الحرارة أثناء النمو لإزالة الحرارة الكامنة للتبلور.

2. يجب أن يكون التدرج الطولي لدرجة الحرارة في الذوبان كبيرًا نسبيًا لمنع تكوين نوى بلورية جديدة في الذوبان؛ ومع ذلك، من المحتمل أن يؤدي التدرج الكبير جدًا إلى حدوث اضطرابات ويؤدي إلى كسر البلورة.

3. يجب أن يكون التدرج الحراري الطولي عند واجهة التبلور كبيرًا بشكل مناسب لتكوين درجة التبريد الفائق اللازمة، مما يوفر قوة دافعة كافية لنمو بلورة واحدة. لا ينبغي أن تكون كبيرة جدًا، وإلا ستحدث عيوب هيكلية. وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون التدرج في درجة الحرارة الشعاعية صغيرًا قدر الإمكان لجعل واجهة التبلور تميل إلى أن تكون مسطحة.

يحدد التكوين واختيار المكونات لنظام المجال الحراري إلى حد كبير تباين تدرج درجة الحرارة داخل الفرن عالي الحرارة. توفر Semicorex جودة عاليةسخانات مركبة C/C, أنابيب التوجيه المركبة C/C, C/C بوتقة مركبةرملأسطوانات العزل الحراري المركبة C/Cلعملائنا الكرام، مما يساعد في بناء نظام المجال الحراري أحادي البلورة الذي يتم تشغيله بشكل جيد وثابت لتحقيق جودة النمو البلوري الأمثل وكفاءة الإنتاج.