Kas yra temperatūros gradientas šiluminiame lauke?

Vieno kristalo augimo terminis laukas yra erdvinis temperatūros pasiskirstymas aukštos temperatūros krosnyje monokristalų augimo proceso metu, o tai tiesiogiai veikia monokristalų kokybę, augimo greitį ir kristalų susidarymo greitį. Šiluminis laukas gali būti suskirstytas į pastovios būsenos ir pereinamojo laikotarpio tipus. Pastovios būsenos šiluminis laukas yra šiluminė aplinka su santykinai temperatūros pasiskirstymu, o trumpalaikis šiluminis laukas rodo nuolat kintančią krosnies temperatūrą.

Vieno kristalo augimo metu fazės transformacija (skystoji fazė į kietą fazę) vyksta nuolat, išskirdama kietėjimo latentinę šilumą. Tuo pačiu metu, kai kristalas traukiamas vis ilgiau, lydalo paviršius nuolat krenta, keičiasi šilumos laidumas, spinduliuotė ir kitos sąlygos. Todėl šiluminis laukas yra kintamas, kuris vadinamas dinaminiu šiluminiu lauku.

---

Kietojo skysčio sąsaja

Tam tikru momentu kiekvienas krosnies taškas turi tam tikrą temperatūrą. Jei visus temperatūros lauko taškus sujungsime su ta pačia temperatūra, gaunamas erdvinis paviršius. Šiame erdviniame paviršiuje temperatūra visur yra vienoda, kurią vadiname izoterminiu paviršiumi. Tarp izoterminių paviršių šeimos monokristalinėje krosnyje yra labai ypatingas izoterminis paviršius, kuris tarnauja kaip riba tarp kietosios fazės ir skystosios fazės, todėl jis taip pat žinomas kaip kieto ir skysčio sąsaja. Iš šios kieto ir skysčio sąsajos auga kristalai.

---

Temperatūros gradientas

Temperatūros gradientas reiškia temperatūros pokyčio greitį nuo taško A temperatūros šiluminiame lauke iki gretimo taško B temperatūros aplink jį, t. y. temperatūros pokyčio greitį per atstumo vienetą.

Monokristalinio silicio augimo metu šiluminiame lauke yra dvi formos (kietos ir lydytos), taigi dviejų tipų temperatūros gradientai:

1. Išilginis temperatūros gradientas ir radialinis temperatūros gradientas kristale.

2. Išilginis temperatūros gradientas ir radialinis temperatūros gradientas lydaloje.

Tai yra du visiškai skirtingi temperatūros pasiskirstymai, tačiau didžiausią įtaką kristalizacijos būsenai turi temperatūros gradientas kieto ir skysčio sąsajoje. Radialinį kristalo temperatūros gradientą lemia išilginis ir skersinis kristalo šilumos laidumas, paviršiaus spinduliuotė ir jo padėtis šiluminiame lauke. Paprastai kalbant, kristalo centre temperatūra yra aukštesnė, o krašte – žemesnė. Radialinį lydalo temperatūros gradientą daugiausia lemia kaitintuvai aplink tiglį, todėl temperatūra yra žemesnė centre ir aukštesnė šalia tiglio, o radialinis temperatūros gradientas visada yra teigiama reikšmė.

---

Tinkamo šiluminio lauko temperatūros paskirstymo reikalavimai

1. Išilginis temperatūros gradientas kristale turi būti pakankamai didelis, bet ne per didelis, kad būtų užtikrinta, jog kristalas turi pakankamai šilumos išsklaidymo augimo metu, kad pašalintų latentinę kristalizacijos šilumą.

2. Išilginis temperatūros gradientas lydaloje turi būti gana didelis, kad lydaloje nesusidarytų nauji kristalų branduoliai; tačiau pernelyg didelis gradientas gali sukelti išnirimus ir kristalų lūžį.

3. Išilginis temperatūros gradientas kristalizacijos sąsajoje turi būti pakankamai didelis, kad susidarytų reikiamas peršalimo laipsnis ir būtų pakankamai varomoji jėga atskirų kristalų augimui. Jis neturėtų būti per didelis, kitaip atsiras konstrukcijos defektų. Tuo tarpu radialinis temperatūros gradientas turi būti kuo mažesnis, kad kristalizacijos sąsaja būtų plokščia.

Šiluminio lauko sistemos konfigūracija ir komponentų pasirinkimas iš esmės lemia temperatūros gradiento kitimą aukštos temperatūros krosnyje. Semicorex tiekia aukštos kokybėsC/C kompozitiniai šildytuvai, C/C kompozitiniai kreipiamieji vamzdeliai, C/C kompozitinis tigliss irC/C kompozitiniai termoizoliaciniai cilindraimūsų vertinamiems klientams, padedant sukurti gerai veikiančią ir stabiliai veikiančią vieno kristalo terminio lauko sistemą, kad būtų pasiekta optimali kristalų augimo kokybė ir gamybos efektyvumas.