Jaký je teplotní gradient v tepelném poli?

Tepelné pole růstu monokrystalu je prostorové rozložení teploty ve vysokoteplotní peci během procesu růstu monokrystalu, které přímo ovlivňuje kvalitu, rychlost růstu a rychlost tvorby krystalů monokrystalu. Tepelné pole lze rozdělit na ustálené a přechodové. Ustálené tepelné pole je tepelné prostředí s relativně distribucí teplot, zatímco přechodné tepelné pole vykazuje neustále se měnící teplotu pece.

Během růstu monokrystalu dochází kontinuálně k fázové transformaci (kapalná fáze na pevnou fázi), přičemž se uvolňuje latentní teplo tuhnutí. Současně, jak je krystal tažen stále déle, povrch taveniny neustále klesá a mění se vedení tepla, záření a další podmínky. Proto je tepelné pole proměnlivé, což se označuje jako dynamické tepelné pole.

---

Rozhraní pevná látka-kapalina

V určitém okamžiku má každý bod v peci určitou teplotu. Spojíme-li všechny body v teplotním poli se stejnou teplotou, získáme prostorovou plochu. Na této prostorové ploše je všude stejná teplota, kterou nazýváme izotermická plocha. Mezi rodinou izotermických povrchů v monokrystalické peci existuje velmi zvláštní izotermický povrch, který slouží jako rozhraní mezi pevnou fází a kapalnou fází, proto je také známý jako rozhraní pevná látka-kapalina. Z tohoto rozhraní pevná látka-kapalina rostou krystaly.

---

Teplotní gradient

Teplotní gradient označuje rychlost změny teploty z teploty bodu A v tepelném poli na teplotu sousedního bodu B kolem něj, tj. rychlost změny teploty na jednotku vzdálenosti.

Během růstu monokrystalického křemíku existují v tepelném poli dvě formy (pevná a tavenina), a tedy dva typy teplotních gradientů:

1. Podélný teplotní gradient a radiální teplotní gradient v krystalu.

2. Podélný teplotní gradient a radiální teplotní gradient v tavenině.

Jedná se o dvě zcela odlišné distribuce teplot, ale největší vliv na krystalizační stav má teplotní gradient na rozhraní pevná látka-kapalina. Radiální teplotní gradient krystalu je určen podélným a příčným vedením tepla krystalu, povrchovým zářením a jeho polohou v tepelném poli. Obecně řečeno, teplota je vyšší ve středu a nižší na okraji krystalu. Radiální teplotní gradient taveniny je určován hlavně topnými tělesy kolem kelímku, takže teplota je nižší ve středu a vyšší v blízkosti kelímku a radiální teplotní gradient je vždy kladná hodnota.

---

Požadavky na správné rozložení teploty tepelného pole

1. Podélný teplotní gradient v krystalu by měl být dostatečně velký, ale ne přehnaně, aby se zajistilo, že krystal má dostatečnou kapacitu rozptylu tepla během růstu k odstranění krystalizačního latentního tepla.

2. Podélný teplotní gradient v tavenině by měl být relativně velký, aby se zabránilo tvorbě nových krystalových zárodků v tavenině; příliš velký gradient však pravděpodobně způsobí dislokace a vyústí v rozbití krystalu.

3. Podélný teplotní gradient na krystalizačním rozhraní by měl být přiměřeně velký, aby vytvořil nezbytný stupeň podchlazení, poskytující dostatečnou hnací sílu pro růst jednotlivých krystalů. Nemělo by být příliš velké, jinak dojde k poruchám konstrukce. Mezitím by měl být radiální teplotní gradient co nejmenší, aby krystalizační rozhraní mělo tendenci být ploché.

Konfigurace a výběr komponent systému tepelného pole do značné míry určují změny teplotního gradientu uvnitř vysokoteplotní pece. Semicorex dodává vysoce kvalitníC/C kompozitní ohřívače, C/C kompozitní vodicí trubky, C/C kompozitní kelímeks aC/C kompozitní termoizolační válcenašim váženým zákazníkům, pomáhá budovat dobře fungující a stabilně provozovaný monokrystalický tepelný systém pro dosažení optimální kvality růstu krystalů a efektivity výroby.