熱場の温度勾配とは何ですか?

単結晶成長熱場とは、単結晶成長プロセス中の高温炉内の温度の空間分布であり、単結晶の品質、成長速度、結晶形成速度に直接影響します。熱場は定常状態と過渡状態に分類できます。定常熱場は比較的温度分布のある熱環境ですが、過渡熱場は常に変化する炉温度を示します。

単結晶育成中は連続的に相変態（液相から固相へ）が起こり、凝固潜熱が放出されます。同時に、結晶を長く引っ張るにつれて、融液表面は継続的に低下し、熱伝導、輻射などの条件が変化します。したがって、熱場は可変であり、動的熱場と呼ばれます。

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固液界面

特定の瞬間、炉内の各点は特定の温度になります。温度フィールド内のすべての点を同じ温度で接続すると、空間表面が得られます。この空間面では、温度はどこでも同じであり、これを等温面と呼びます。単結晶炉の等温面の中でも、固相と液相の境界となる非常に特殊な等温面があり、固液界面とも呼ばれます。この固液界面から結晶が成長します。

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温度勾配

温度勾配とは、熱場内の点 A の温度からその周囲の隣接する点 B の温度までの温度変化率、つまり単位距離あたりの温度変化率を指します。

単結晶シリコンの成長中、熱場には 2 つの形態 (固体と溶融) が存在し、したがって 2 種類の温度勾配が存在します。

1. 結晶内の縦方向の温度勾配と半径方向の温度勾配。

2. 溶融物内の縦方向の温度勾配と半径方向の温度勾配。

これらはまったく異なる 2 つの温度分布ですが、結晶化状態に最も大きな影響を与えるのは固液界面の温度勾配です。結晶の半径方向の温度勾配は、結晶の縦方向および横方向の熱伝導、表面放射、および熱場内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。融液の半径方向の温度勾配は主にるつぼの周囲のヒーターによって決定されるため、温度は中心で低くなり、るつぼに近いほど高くなり、半径方向の温度勾配は常に正の値になります。

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適切な熱場の温度分布の要件

1. 結晶内の縦方向の温度勾配は、成長中に結晶潜熱を除去するのに十分な熱放散能力を結晶が確実に持つように、十分に大きくなければなりませんが、あまり大きくなりすぎてはなりません。

2. 溶融物中での新しい結晶核の形成を防ぐために、溶融物内の縦方向の温度勾配は比較的大きくなければなりません。ただし、傾きが大きすぎると転位が発生しやすくなり、結晶破壊が発生する可能性があります。

3. 結晶化界面の長手方向の温度勾配は、必要な過冷却度を形成するために適切に大きく、単結晶成長に十分な駆動力を提供する必要があります。大きすぎてはなりません。大きすぎると構造上の欠陥が発生します。一方、結晶化界面が平坦になる傾向を持たせるには、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。

熱場システムの構成とコンポーネントの選択は、高温炉内の温度勾配の変化を大きく決定します。 Semicorex はハイグレードな製品を提供しますC/Cコンポジットヒーター, C/Cコンポジットガイドチューブ, C/CコンポジットるつぼとC/Cコンポジット断熱シリンダー最適な結晶成長品質と生産効率を達成するために、性能が高く安定して動作する単結晶熱場システムの構築を支援します。