Termal Alandaki Sıcaklık Gradyanı Nedir?

Tek kristal büyütme termal alanı, tek kristal büyütme işlemi sırasında yüksek sıcaklıklı fırın içindeki sıcaklığın uzaysal dağılımıdır ve tek kristalin kalitesini, büyüme hızını ve kristal oluşum hızını doğrudan etkiler. Termal alan, kararlı durum ve geçici tiplere ayrılabilir. Kararlı durum termal alanı nispeten sıcaklık dağılımına sahip termal ortamdır, geçici termal alan ise sürekli değişen fırın sıcaklığı sergiler.

Tek kristal büyümesi sırasında, faz dönüşümü (sıvı fazdan katı faza) sürekli olarak meydana gelir ve katılaşma gizli ısısı açığa çıkar. Aynı zamanda kristal daha uzun süre çekildikçe eriyik yüzeyi sürekli olarak düşer ve ısı iletimi, radyasyon ve diğer koşullar değişir. Bu nedenle termal alan değişkendir ve buna dinamik termal alan adı verilir.

---

Katı-Sıvı Arayüzü

Belirli bir anda fırının her noktasının belirli bir sıcaklığı vardır. Sıcaklık alanındaki tüm noktaları aynı sıcaklığa bağlarsak uzaysal bir yüzey elde edilir. İzotermal yüzey dediğimiz bu uzaysal yüzeyde sıcaklık her yerde aynıdır. Tek kristal fırındaki izotermal yüzeyler ailesi arasında, katı faz ile sıvı faz arasında sınır görevi gören çok özel bir izotermal yüzey vardır, dolayısıyla katı-sıvı arayüzü olarak da bilinir. Bu katı-sıvı arayüzünden kristaller büyür.

---

Sıcaklık Gradyanı

Sıcaklık gradyanı, termal alandaki bir A noktasının sıcaklığından etrafındaki bitişik B noktasının sıcaklığına kadar olan sıcaklık değişim hızını, yani birim mesafe başına sıcaklık değişim hızını ifade eder.

Monokristalin silikon büyümesi sırasında, termal alanda iki form (katı ve erimiş) ve dolayısıyla iki tür sıcaklık gradyanı vardır:

1. Kristaldeki boyuna sıcaklık gradyanı ve radyal sıcaklık gradyanı.

2. Eriyikteki boylamsal sıcaklık gradyanı ve radyal sıcaklık gradyanı.

Bunlar tamamen farklı iki sıcaklık dağılımıdır, ancak katı-sıvı arayüzündeki sıcaklık gradyanı kristalleşme durumu üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Kristalin radyal sıcaklık gradyanı, kristalin uzunlamasına ve enine ısı iletimi, yüzey radyasyonu ve termal alandaki konumu ile belirlenir. Genel olarak konuşursak, sıcaklık kristalin merkezinde daha yüksek ve kenarında daha düşüktür. Eriyiğin radyal sıcaklık gradyanı esas olarak potanın etrafındaki ısıtıcılar tarafından belirlenir, dolayısıyla sıcaklık merkezde daha düşük ve potanın yakınında daha yüksektir ve radyal sıcaklık gradyanı her zaman pozitif bir değerdir.

---

Uygun Termal Alan Sıcaklığı Dağılımı için Gereksinimler

1. Kristaldeki boylamsal sıcaklık gradyanı yeterince büyük olmalı ancak aşırı olmamalıdır, böylece kristalin büyüme sırasında kristalizasyon gizli ısısını uzaklaştırmak için yeterli ısı dağıtma kapasitesine sahip olması sağlanır.

2. Eriyikteki uzunlamasına sıcaklık gradyanı, eriyik içinde yeni kristal çekirdeklerin oluşumunu önlemek için nispeten büyük olmalıdır; ancak aşırı derecede büyük bir eğimin dislokasyonlara neden olması ve kristal kırılmasıyla sonuçlanması muhtemeldir.

3. Kristalizasyon arayüzündeki uzunlamasına sıcaklık gradyanı, tek kristal büyümesi için yeterli itici gücü sağlayacak şekilde gerekli aşırı soğutma derecesini oluşturmak için uygun şekilde büyük olmalıdır. Çok büyük olmamalıdır, aksi takdirde yapısal bozukluklar meydana gelir. Bu arada, kristalizasyon ara yüzünün düz olma eğiliminde olmasını sağlamak için radyal sıcaklık gradyanı mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır.

Termal alan sisteminin konfigürasyonu ve bileşen seçimi, yüksek sıcaklık fırını içindeki sıcaklık gradyanının değişimini büyük ölçüde belirler. Semicorex yüksek kaliteli malzemeler sağlarC/C kompozit ısıtıcılar, C/C kompozit kılavuz tüpler, C/C kompozit potakumC/C kompozit ısı yalıtım silindirleriDeğerli müşterilerimize, optimum kristal büyüme kalitesi ve üretim verimliliği elde etmek için iyi performans gösteren ve istikrarlı bir şekilde çalıştırılan tek kristal termal alan sisteminin oluşturulmasına yardımcı oluyoruz.