熱場とは何ですか?

の分野で単結晶成長結晶成長炉内の温度分布は重要な役割を果たします。一般に熱場と呼ばれるこの温度分布は、成長する結晶の品質と特性に影響を与える重要な要素です。の熱場静的と動的の 2 つのタイプに分類できます。

静的および動的熱場

静的熱場とは、焼成中の加熱システム内の比較的安定した温度分布を指します。この安定性は、炉内の温度が長時間にわたって一定に保たれる場合に維持されます。しかし、単結晶成長の実際のプロセスでは、熱場は静的とは程遠いものです。それはダイナミックです。

動的熱場は、炉内の温度分布の連続的な変化によって特徴付けられます。これらの変化は、次のようないくつかの要因によって引き起こされます。

相転移: 材料が液相から固相に転移すると、潜熱が放出され、炉内の温度分布に影響を与えます。

結晶の伸び: 結晶が長くなると、溶融物の表面が減少し、システム内の熱力学が変化します。

熱伝達: 伝導や放射を含む熱伝達のモードはプロセス全体を通じて進化し、熱場の変化にさらに寄与します。

これらの要因により、動的な熱場は単結晶成長の絶えず変化する側面であり、注意深い監視と制御が必要です。

固液界面

固液界面も単結晶成長における重要な概念です。いつでも、炉内の各点は特定の温度を持っています。同じ温度を共有する熱場内のすべての点を接続すると、等温面として知られる空間曲線が得られます。これらの等温面の中で、特に重要なものは固液界面です。

固液界面は、結晶の固相と溶融物の液相が出会う境界です。この境界で液相から結晶が形成されるため、この界面で結晶成長が起こります。

単結晶育成における温度勾配

単結晶シリコンの成長中、熱場固相と液相の両方が含まれ、それぞれに異なる温度勾配があります。

クリスタル内:

縦方向温度勾配: 結晶の長さに沿った温度差を指します。

半径方向温度勾配: 結晶の半径全体にわたる温度差を指します。

メルト内:

縦方向温度勾配: 溶融物の高さに沿った温度差を指します。

半径方向温度勾配: 溶融物の半径全体にわたる温度差を指します。

これらの勾配は 2 つの異なる温度分布を表しますが、結晶化状態を決定する上で最も重要なのは固液界面の温度勾配です。

結晶内の放射状温度勾配: 縦方向および横方向の熱伝導、表面放射、および熱場内の結晶の位置によって決まります。一般に、温度は結晶の中心で高く、端で低くなります。

融液内の放射状温度勾配: 主に周囲のヒーターの影響を受け、中心部はより低温になり、るつぼに向かって温度が上昇します。溶融物の半径方向の温度勾配は常に正です。

熱場の最適化

適切に設計された熱場の温度分布は、次の条件を満たす必要があります。

結晶内の適切な縦方向温度勾配: 結晶が結晶化の潜熱を持ち去るのに十分な熱放散能力を確保するには、温度勾配が十分に大きくなければなりません。ただし、結晶の成長を妨げる可能性があるため、大きすぎてはなりません。

融液内の実質的な縦方向の温度勾配: 融液内で新しい結晶核が形成されないようにします。ただし、大きすぎると転位が発生し、結晶欠陥が発生する可能性があります。

結晶化界面における適切な縦方向温度勾配: 必要な過冷却を生じさせ、単結晶に十分な成長をもたらすのに十分な大きさである必要があります。ただし、構造上の欠陥を避けるために、大きすぎてはなりません。一方、平坦な結晶化界面を維持するには、半径方向の温度勾配をできるだけ小さくする必要があります。

セミコレックスは高品質を提供します熱場の部品半導体産業向け ご質問や詳細が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。

連絡先電話番号 +86-13567891907

電子メール: sales@semicorex.com