열장이란 무엇입니까?

분야에서는단결정 성장, 결정 성장로 내의 온도 분포는 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 열장이라고 불리는 이러한 온도 분포는 성장되는 결정의 품질과 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 그만큼열장정적(Static)과 동적(Dynamic)의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

정적 및 동적 열장

정적 열장은 하소 중 가열 시스템 내에서 상대적으로 안정적인 온도 분포를 나타냅니다. 이러한 안정성은 용광로 내부 온도가 시간이 지나도 일정하게 유지될 때 유지됩니다. 그러나 실제 단결정 성장 과정에서 열장은 정적이 아닙니다. 그것은 역동적이다.

동적 열장은 용광로 내 온도 분포의 지속적인 변화를 특징으로 합니다. 이러한 변화는 다음과 같은 여러 요인에 의해 주도됩니다.

상 변환: 재료가 액상에서 고상으로 전환됨에 따라 잠열이 방출되어 퍼니스 내부의 온도 분포에 영향을 미칩니다.

결정 신장: 결정이 길어질수록 용융 표면이 감소하여 시스템 내의 열 역학이 변경됩니다.

열 전달: 전도 및 복사를 포함한 열 전달 모드는 공정 전반에 걸쳐 발전하여 열장의 변화에 ​​더욱 기여합니다.

이러한 요인으로 인해 동적 열장은 주의 깊은 모니터링과 제어가 필요한 단결정 성장의 끊임없이 변화하는 측면입니다.

고체-액체 인터페이스

고체-액체 인터페이스는 단결정 성장의 또 다른 중요한 개념입니다. 주어진 순간에 용광로 내의 모든 지점은 특정 온도를 갖습니다. 동일한 온도를 공유하는 열장 내의 모든 점을 연결하면 등온 표면이라는 공간 곡선을 얻습니다. 이러한 등온 표면 중에서 특히 중요한 것은 고체-액체 계면입니다.

고체-액체 계면은 결정의 고체상이 용융물의 액체상과 만나는 경계입니다. 이 경계에서 결정이 액상으로부터 형성되기 때문에 결정 성장이 일어나는 곳입니다.

단결정 성장의 온도 변화

단결정 실리콘 성장 동안,열장고체상과 액체상을 모두 포함하며 각각 고유한 온도 구배를 갖습니다.

크리스탈에서:

종방향 온도 구배: 결정의 길이에 따른 온도 차이를 나타냅니다.

방사형 온도 구배: 결정 반경 전체의 온도 차이를 나타냅니다.

용융물에서:

종방향 온도 구배: 용융 높이에 따른 온도 차이를 나타냅니다.

방사형 온도 구배: 용융물 반경 전체의 온도 차이를 나타냅니다.

이러한 구배는 두 가지 서로 다른 온도 분포를 나타내지만 결정화 상태를 결정하는 데 가장 중요한 것은 고체-액체 경계면의 온도 구배입니다.

결정의 방사형 온도 구배: 세로 및 가로 열 전도, 표면 복사 및 열장 내 결정의 위치에 따라 결정됩니다. 일반적으로 온도는 결정의 중앙 부분이 더 높고 가장자리 부분이 더 낮습니다.

용융물의 방사형 온도 구배: 주로 주변 히터의 영향을 받으며, 중심부는 더 차가워지고 온도는 도가니 쪽으로 증가합니다. 용융물의 반경 방향 온도 구배는 항상 양수입니다.

열장 최적화

잘 설계된 열장 온도 분포는 다음 조건을 충족해야 합니다.

결정의 적절한 종방향 온도 구배: 결정이 결정화의 잠열을 제거할 만큼 충분한 열 소산 용량을 갖도록 충분히 커야 합니다. 그러나 너무 크면 결정 성장을 방해할 수 있으므로 너무 커서는 안 됩니다.

용융물의 실질적인 종방향 온도 구배: 용융물 내에서 새로운 결정 핵이 형성되지 않도록 합니다. 그러나 너무 크면 전위가 발생하여 결정 결함이 발생할 수 있습니다.

결정화 경계면의 적절한 종방향 온도 구배: 필요한 과냉각을 생성할 수 있을 만큼 커야 하며 단결정에 충분한 성장 동력을 제공해야 합니다. 그러나 구조적 결함을 피하기 위해 너무 커서는 안됩니다. 한편, 평평한 결정화 인터페이스를 유지하려면 반경 방향 온도 구배가 가능한 작아야 합니다.

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