Qual è il gradiente di temperatura del campo termico di una fornace a cristallo singolo?

Cos'è ilcampo termico?

Il campo di temperatura dicrescita del singolo cristallosi riferisce alla distribuzione spaziale della temperatura in un forno a cristallo singolo, noto anche come campo termico. Durante la calcinazione, la distribuzione della temperatura nel sistema termico è relativamente stabile, il che viene chiamato campo termico statico. Durante la crescita di un singolo cristallo, il campo termico cambierà, chiamato campo termico dinamico.

Quando un singolo cristallo cresce, a causa della continua trasformazione della fase (da fase liquida a fase solida), il calore latente della fase solida viene continuamente rilasciato. Allo stesso tempo, il cristallo diventa sempre più lungo, il livello di fusione diminuisce costantemente e la conduzione del calore e la radiazione cambiano. Pertanto, il campo termico sta cambiando, che è chiamato campo termico dinamico.

Cos'è l'interfaccia solido-liquido?

Ad un certo momento, qualsiasi punto della fornace ha una certa temperatura. Se colleghiamo i punti nello spazio con la stessa temperatura nel campo della temperatura, otterremo una superficie spaziale. Su questa superficie spaziale, la temperatura è uguale ovunque, che chiamiamo superficie isotermica. Tra le superfici isotermiche nel forno monocristallino, esiste una superficie isotermica molto speciale, che è l'interfaccia tra la fase solida e la fase liquida, per questo viene anche chiamata interfaccia solido-liquido. Il cristallo cresce dall'interfaccia solido-liquido.

Cos'è il gradiente di temperatura?

Il gradiente di temperatura si riferisce alla velocità di variazione della temperatura di un punto A nel campo termico rispetto alla temperatura di un punto B vicino. Cioè, la velocità di variazione della temperatura all'interno di un'unità di distanza.

Quandosilicio monocristallinocresce, ci sono due forme di solido e di fusione nel campo termico, e ci sono anche due tipi di gradienti di temperatura:

▪ Il gradiente di temperatura longitudinale e il gradiente di temperatura radiale nel cristallo.

▪ Il gradiente di temperatura longitudinale e il gradiente di temperatura radiale nella massa fusa.

▪ Si tratta di due distribuzioni di temperatura completamente diverse, ma è il gradiente di temperatura all'interfaccia solido-liquido che può influenzare maggiormente lo stato di cristallizzazione. Il gradiente radiale di temperatura del cristallo è determinato dalla conduzione termica longitudinale e trasversale del cristallo, dalla radiazione superficiale e dalla nuova posizione nel campo termico. In generale, la temperatura centrale è elevata e la temperatura periferica del cristallo è bassa. Il gradiente di temperatura radiale del materiale fuso è determinato principalmente dai riscaldatori attorno ad esso, quindi la temperatura centrale è bassa, la temperatura vicino al crogiolo è elevata e il gradiente di temperatura radiale è sempre positivo.

Una ragionevole distribuzione della temperatura del campo termico deve soddisfare le seguenti condizioni:

▪ Il gradiente longitudinale di temperatura nel cristallo è abbastanza grande, ma non troppo grande, per garantire che ci sia sufficiente capacità di dissipazione del calore durantecrescita dei cristalliper togliere il calore latente della cristallizzazione.

▪ Il gradiente longitudinale di temperatura nella massa fusa è relativamente ampio, garantendo così che non vengano generati nuovi nuclei cristallini nella massa fusa. Tuttavia, se è troppo grande, è facile provocare dislocazioni e rotture.

▪ Il gradiente longitudinale di temperatura all'interfaccia di cristallizzazione è sufficientemente grande, formando così il necessario sottoraffreddamento, in modo che il singolo cristallo abbia sufficiente momento di crescita. Non dovrebbe essere troppo grande, altrimenti si verificheranno difetti strutturali e il gradiente di temperatura radiale dovrebbe essere il più piccolo possibile per rendere piatta l'interfaccia di cristallizzazione.

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