Aký je teplotný gradient v tepelnom poli?

Rastové tepelné pole monokryštálu je priestorové rozloženie teploty vo vysokoteplotnej peci počas procesu rastu monokryštálu, ktoré priamo ovplyvňuje kvalitu, rýchlosť rastu a rýchlosť tvorby kryštálov. Tepelné pole možno rozdeliť na ustálené a prechodné typy. Ustálené tepelné pole je tepelné prostredie s relatívne rozložením teplôt, zatiaľ čo prechodné tepelné pole vykazuje neustále sa meniacu teplotu pece.

Počas rastu jednotlivých kryštálov dochádza k fázovej transformácii (tekutá fáza na pevnú fázu) nepretržite, pričom sa uvoľňuje latentné teplo tuhnutia. Súčasne, ako je kryštál ťahaný stále dlhšie, povrch taveniny neustále klesá a mení sa vedenie tepla, žiarenie a ďalšie podmienky. Preto je tepelné pole premenlivé, čo sa označuje ako dynamické tepelné pole.

---

Rozhranie tuhá látka-kvapalina

V určitom okamihu má každý bod v peci špecifickú teplotu. Ak spojíme všetky body v teplotnom poli s rovnakou teplotou, získame priestorový povrch. Na tejto priestorovej ploche je všade rovnaká teplota, ktorú nazývame izotermická plocha. Medzi rodinou izotermických povrchov v peci s jedným kryštálom existuje veľmi špeciálny izotermický povrch, ktorý slúži ako hranica medzi tuhou fázou a kvapalnou fázou, preto je tiež známy ako rozhranie tuhá látka-kvapalina. Kryštály rastú z tohto rozhrania tuhá látka-kvapalina.

---

Teplotný gradient

Teplotný gradient označuje rýchlosť zmeny teploty z teploty bodu A v tepelnom poli na teplotu susedného bodu B okolo neho, t.j. rýchlosť zmeny teploty na jednotku vzdialenosti.

Počas rastu monokryštalického kremíka existujú v tepelnom poli dve formy (tuhá látka a tavenina), a teda dva typy teplotných gradientov:

1. Pozdĺžny teplotný gradient a radiálny teplotný gradient v kryštáli.

2. Pozdĺžny teplotný gradient a radiálny teplotný gradient v tavenine.

Ide o dve úplne odlišné distribúcie teplôt, no najväčší vplyv na stav kryštalizácie má teplotný gradient na rozhraní tuhá látka – kvapalina. Radiálny teplotný gradient kryštálu je určený pozdĺžnym a priečnym vedením tepla kryštálu, povrchovým žiarením a jeho polohou v tepelnom poli. Všeobecne povedané, teplota je vyššia v strede a nižšia na okraji kryštálu. Radiálny teplotný gradient taveniny je určený hlavne ohrievačmi okolo téglika, takže teplota je nižšia v strede a vyššia v blízkosti téglika a radiálny teplotný gradient je vždy kladná hodnota.

---

Požiadavky na správne rozloženie teploty tepelného poľa

1. Pozdĺžny teplotný gradient v kryštáli by mal byť dostatočne veľký, ale nie príliš veľký, aby sa zaistilo, že kryštál má počas rastu dostatočnú kapacitu na odvádzanie tepla na odstránenie kryštalizačného latentného tepla.

2. Pozdĺžny teplotný gradient v tavenine by mal byť relatívne veľký, aby sa zabránilo tvorbe nových kryštálových zárodkov v tavenine; príliš veľký gradient však pravdepodobne spôsobí dislokácie a povedie k rozbitiu kryštálov.

3. Pozdĺžny teplotný gradient na kryštalizačnom rozhraní by mal byť primerane veľký, aby vytvoril potrebný stupeň podchladenia, ktorý poskytuje dostatočnú hnaciu silu pre rast monokryštálov. Nemal by byť príliš veľký, inak sa vyskytnú štrukturálne chyby. Medzitým by mal byť radiálny teplotný gradient čo najmenší, aby kryštalizačné rozhranie malo tendenciu byť ploché.

Konfigurácia a výber komponentov systému tepelného poľa do značnej miery určujú zmeny teplotného gradientu vo vnútri vysokoteplotnej pece. Semicorex dodáva vysoko kvalitnéC/C kompozitné ohrievače, C/C kompozitné vodiace rúrky, C/C kompozitný tégliks aC/C kompozitné termoizolačné valcenašim váženým zákazníkom, ktorí pomáhajú vybudovať dobre fungujúci a stabilne prevádzkovaný monokryštálový tepelný systém na dosiahnutie optimálnej kvality rastu kryštálov a efektívnosti výroby.