Quel est le gradient de température dans le champ thermique ?

Le champ thermique de croissance monocristalline est la distribution spatiale de la température dans le four à haute température pendant le processus de croissance monocristalline, qui affecte directement la qualité, le taux de croissance et le taux de formation de cristaux du monocristal. Le champ thermique peut être divisé en types stables et transitoires. Le champ thermique en régime permanent est l'environnement thermique avec une distribution de température relative, tandis que le champ thermique transitoire présente la température du four en constante évolution.

Au cours de la croissance d'un monocristal, la transformation de phase (de la phase liquide à la phase solide) se produit en continu, libérant de la chaleur latente de solidification. Dans le même temps, à mesure que le cristal est tiré de plus en plus longtemps, la surface fondue diminue continuellement et la conduction thermique, le rayonnement et d'autres conditions changent. Par conséquent, le champ thermique est variable, ce que l’on appelle le champ thermique dynamique.

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L'interface solide-liquide

A un moment donné, chaque point du four a une température spécifique. Si nous connectons tous les points du champ de température avec la même température, une surface spatiale est obtenue. Sur cette surface spatiale, la température est la même partout, ce que nous appelons une surface isotherme. Parmi la famille des surfaces isothermes du four monocristallin, il existe une surface isotherme très spéciale qui sert de limite entre la phase solide et la phase liquide, d'où son nom également d'interface solide-liquide. Les cristaux se développent à partir de cette interface solide-liquide.

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Le gradient de température

Le gradient de température fait référence au taux de changement de température depuis la température d'un point A dans le champ thermique jusqu'à la température d'un point adjacent B autour de lui, c'est-à-dire le taux de changement de température par unité de distance.

Lors de la croissance du silicium monocristallin, il existe deux formes (solide et fondu) dans le champ thermique, et donc deux types de gradients de température :

1. Gradient de température longitudinal et gradient de température radial dans le cristal.

2. Gradient de température longitudinal et gradient de température radial dans la masse fondue.

Il s’agit de deux distributions de température complètement différentes, mais le gradient de température à l’interface solide-liquide a le plus grand impact sur l’état de cristallisation. Le gradient de température radial du cristal est déterminé par la conduction thermique longitudinale et transversale du cristal, le rayonnement de surface et sa position dans le champ thermique. D’une manière générale, la température est plus élevée au centre et plus basse au bord du cristal. Le gradient de température radial de la masse fondue est principalement déterminé par les éléments chauffants autour du creuset, de sorte que la température est plus basse au centre et plus élevée près du creuset, et le gradient de température radial est toujours une valeur positive.

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Exigences pour une répartition correcte de la température du champ thermique

1. Le gradient de température longitudinal dans le cristal doit être suffisamment grand, mais pas excessif, pour garantir que le cristal ait une capacité de dissipation thermique suffisante pendant la croissance pour éliminer la chaleur latente de cristallisation.

2. Le gradient de température longitudinal dans la masse fondue doit être relativement important pour empêcher la formation de nouveaux noyaux cristallins dans la masse fondue ; cependant, un gradient trop important est susceptible de provoquer des dislocations et d'aboutir à une rupture des cristaux.

3. Le gradient de température longitudinal à l'interface de cristallisation doit être suffisamment grand pour former le degré de surfusion nécessaire, fournissant une force motrice suffisante pour la croissance d'un monocristal. Il ne doit pas être trop grand, sinon des défauts structurels se produiront. Parallèlement, le gradient de température radial doit être aussi petit que possible pour que l'interface de cristallisation ait tendance à être plate.

La configuration et la sélection des composants du système de champ thermique déterminent en grande partie la variation du gradient de température à l'intérieur du four à haute température. Semicorex fournit des produits de haute qualitéRadiateurs composites C/C, Tubes de guidage composites C/C, Creuset composite C/CsableCylindres d'isolation thermique composites C/Cà nos précieux clients, en aidant à construire le système de champ thermique monocristallin bien performant et stable pour obtenir une qualité de croissance cristalline et une efficacité de production optimales.