直拉单晶炉-温度梯度与单晶生长-热场的调整ppt课件.pptx
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1、直拉单晶硅工艺技术直拉单晶硅工艺技术主讲教师:裴迪主讲教师:裴迪石油化工学院石油化工学院1在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 (1)(1)热场的概念热场的概念 热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热场也称温度场。热系统内的温度分布状态叫热热场场。煅烧时,热系统内的温度分布相对稳定,称为。煅烧时,热系统内的温度分布相对稳定,称为静静态热场态热场。在单晶生长过程中,热场是会发生变化,称。在单晶生长过程中,热场是会发生变化,称为为动态热场动态热场。单晶生长时,由于不断发生物相的转化单晶生长时,由于不断发生物相的转化(液相转
2、化液相转化为固相为固相),不断放出固相潜热,同时,晶体越拉越长,不断放出固相潜热,同时,晶体越拉越长,熔体液面不断下降,热量的传导、辐射等情况都在发熔体液面不断下降,热量的传导、辐射等情况都在发生变化,所以热场是变化的,称为动态热场。生变化,所以热场是变化的,称为动态热场。热热场的温度梯度场的温度梯度在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 (2)温度温度梯度的概念梯度的概念 为了描述热场中不同点的温度分布及分布状态,为了描述热场中不同点的温度分布及分布状态,下面给大家介绍一个下面给大家介绍一个“温度梯度温度梯度”这个概念。这
3、个概念。温度梯度是指热场中某点温度梯度是指热场中某点A的温度指向周围邻近某的温度指向周围邻近某点点B的温度的变化率。也即的温度的变化率。也即单位距离内温度的变化单位距离内温度的变化率。率。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 如下图所示,如下图所示,A点到点到B点的温度变化为点的温度变化为T1-T2,距,距离变化为离变化为r1-r2。那么。那么A点到点到B点的温度梯度是:点的温度梯度是:通常用通常用 表示在表示在 r 方向上的变化率。方向上的变化率。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯
4、度,由浅入深,所提出的问题也很明确 显然两点间的温度差越大,则显然两点间的温度差越大,则 越大越大,则温度梯度,则温度梯度越大,反之,两点间温度差越小,则越大,反之,两点间温度差越小,则 越越小,则温小,则温度梯度越小,如果度梯度越小,如果 说明由说明由A点到点到B点温度是升高的,如果点温度是升高的,如果 说明由说明由A点到点到B点的温度是下降的。点的温度是下降的。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确(3)静态热场的温度分布静态热场的温度分布下图为静态热场的温度分布状况:沿着加热器中心轴线下图为静态热场的温度分布状况:沿着
5、加热器中心轴线测量温度的变化发现加热器的测量温度的变化发现加热器的中心温度最高中心温度最高,向上向下向上向下都是逐渐降低的都是逐渐降低的,它的变化率称为,它的变化率称为纵向温度梯度纵向温度梯度,用,用 表示。表示。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 然后沿着轴线上某点沿着径向测量,发然后沿着轴线上某点沿着径向测量,发现温度是逐渐上升的,现温度是逐渐上升的,加热器中心温度加热器中心温度最低最低,加热器温度,加热器温度最高最高,成抛物线变化,成抛物线变化,它的变化率称为它的变化率称为径向温度梯度径向温度梯度,用,用 表表示。
6、示。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确(4)晶体生长时的温度梯度晶体生长时的温度梯度 单晶硅生长时,热场中存在单晶硅生长时,热场中存在固体、熔体固体、熔体两种形态。两种形态。温度梯度也有两种:温度梯度也有两种:晶体中的纵向温度梯度晶体中的纵向温度梯度 和径向温度梯度和径向温度梯度 。熔体中的纵向温度梯度熔体中的纵向温度梯度 和径向温度梯度和径向温度梯度 。这是两种完全不同的温度分布,但是最能影响结晶状这是两种完全不同的温度分布,但是最能影响结晶状 态的生长界面处的温度梯度态的生长界面处的温度梯度 。在整堂课的教学中,刘教
7、师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确热场的径向温度梯度,包括晶体热场的径向温度梯度,包括晶体 、熔体、熔体 、固、固液交界面液交界面 三种晶向温度梯度。三种晶向温度梯度。晶体的径向温度梯度晶体的径向温度梯度 是由晶体的纵向、横向热传导,是由晶体的纵向、横向热传导,表面辐射以及在热场中新处的位置决定,一般来说,中心表面辐射以及在热场中
8、新处的位置决定,一般来说,中心温度高高,晶体边缘温度低。温度高高,晶体边缘温度低。熔体的径向温度梯度熔体的径向温度梯度 主要是靠四周的加热器决定的,主要是靠四周的加热器决定的,所以中心温度低,所以中心温度低,靠近坩埚处温度高,径向温度梯度总靠近坩埚处温度高,径向温度梯度总是正数。是正数。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 在晶体生长过程中,结晶界面处的径向温度梯度在晶体生长过程中,结晶界面处的径向温度梯度 是变是变 化的,将晶体纵剖,作结晶界面显示,如下图所示。化的,将晶体纵剖,作结晶界面显示,如下图所示。晶体生正过程中
9、 变化情况在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确总之,总之,合理的热场的温度分布需要满足以下条件:合理的热场的温度分布需要满足以下条件:晶体中纵向温度梯度晶体中纵向温度梯度 足够大,但不能过大,保证足够大,
10、但不能过大,保证晶体生长中有足够散热能力,带走结晶潜热。晶体生长中有足够散热能力,带走结晶潜热。熔体中的纵向温度梯度熔体中的纵向温度梯度 比较大,保证熔体内不产比较大,保证熔体内不产生新的晶核,但是,过大容易产生位错,造成断苞。生新的晶核,但是,过大容易产生位错,造成断苞。结晶界面处的纵向温度梯度结晶界面处的纵向温度梯度 适当的大,从而形成适当的大,从而形成必要的过冷度,使单晶有足够的生长动力,不能太大,否必要的过冷度,使单晶有足够的生长动力,不能太大,否则会产生结构缺陷,而径向温度梯度要尽可能小,则会产生结构缺陷,而径向温度梯度要尽可能小,使结晶界面趋于平坦。,使结晶界面趋于平坦。在整堂课的
11、教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 从示意图看出,以加热器中心线为基准,中心温度最高,向上和向下温度逐渐降低,它的变化率称为纵向温度梯度,用dy/dT表示。加热器径向温度内表面,中心温度最低,靠近加热器边缘温度逐渐增加,成抛物线状,它的变化率为径向温度梯度,用dx/dT表示。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确晶体生长时,单晶硅的纵向温度梯度粗略地讲:离
12、生长界面越远,温度越低,即 0。如图M-TA段所示。TA为结晶温度,虚线表示液面。晶体的纵向温度梯度在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确各种不同温度梯度 及晶体生长情况在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带
13、着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确热场的调试与配制热场的调试与配制 热场配置是将加热器、保温罩、保温盖、石墨托碗等组成一些几何形式,改变单晶炉内的温度分布状况。主要改变熔硅和熔硅上部空间的温度分布状况。不同的加热器、保温罩、保温盖等器件组成不同的几何形状,形成不同热场。热场的组合形状,通常分为内梯形罩,外梯形短平保温罩热场。在整堂课的教学中,刘教师总是让学生带着问题来学习,而问题的设置具有一定的梯度,由浅入深,所提出的问题也很明确 目前的热场配置大部分为内梯形,内梯形又有高罩和矮罩之分。保温罩绝大部分采用高纯石墨制成,也可在第二层加一层钼薄板。国外通常采用
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