碳碳復(fù)合材料應(yīng)用單晶爐熱場[管理材料]

1、培訓(xùn)對象：硅單晶制取工培訓(xùn)對象：硅單晶制取工 培訓(xùn)講師：詹文平培訓(xùn)講師：詹文平 硅單晶分廠硅單晶分廠 優(yōu)選課件 內(nèi)容內(nèi)容 1.熱場結(jié)構(gòu)熱場結(jié)構(gòu) 熱場的結(jié)構(gòu)示意圖；各部件介紹熱場的結(jié)構(gòu)示意圖；各部件介紹 2.熱場的安裝和煅燒熱場的安裝和煅燒 熱場的安裝；熱場水平與中心調(diào)整；熱場的煅燒熱場的安裝；熱場水平與中心調(diào)整；熱場的煅燒 3.熱場的溫度梯度熱場的溫度梯度 熱場的概念；溫度梯度的概念；熱場的概念；溫度梯度的概念； 靜態(tài)熱場的溫度分布；動平衡態(tài)熱場的分布靜態(tài)熱場的溫度分布；動平衡態(tài)熱場的分布 晶體生長的溫度梯度：徑向溫度梯度與縱向溫度梯度晶體生長的溫度梯度：徑向溫度梯度與縱向溫度梯度 2 熱場的

2、優(yōu)劣對單晶硅的質(zhì)量有很大影響。合適的熱場熱場的優(yōu)劣對單晶硅的質(zhì)量有很大影響。合適的熱場 ，能夠生長出高質(zhì)量的單晶。不好的熱場容易使單晶，能夠生長出高質(zhì)量的單晶。不好的熱場容易使單晶 變成多晶，或者根本無法引晶。有的熱場雖然能夠生變成多晶，或者根本無法引晶。有的熱場雖然能夠生 長單晶，但質(zhì)量較差，有位錯和其它結(jié)構(gòu)缺陷。因此長單晶，但質(zhì)量較差，有位錯和其它結(jié)構(gòu)缺陷。因此 ，找到較好的熱場條件，配置最佳的熱場，是非常重，找到較好的熱場條件，配置最佳的熱場，是非常重 要的直拉單晶工藝技術(shù)。要的直拉單晶工藝技術(shù)。 熱場有大有小，它是按照所用的石英坩堝的直徑大小熱場有大有小，它是按照所用的石英坩堝的直徑大

3、小 來劃分的，目前國內(nèi)熱場從來劃分的，目前國內(nèi)熱場從12 28 都有，但都有，但 以以18 22居多。居多。 一、熱場結(jié)構(gòu)一、熱場結(jié)構(gòu) 3 一、熱場結(jié)構(gòu)一、熱場結(jié)構(gòu) 直拉單晶爐的熱系統(tǒng)，也就是所謂的熱場，是指為了熔直拉單晶爐的熱系統(tǒng)，也就是所謂的熱場，是指為了熔 化硅料，并使單晶生長保持在一定溫度下進(jìn)行的整個系化硅料，并使單晶生長保持在一定溫度下進(jìn)行的整個系 統(tǒng)。統(tǒng)。 熱場一般包括壓環(huán)、保溫蓋、上中下保溫罩、石墨坩堝熱場一般包括壓環(huán)、保溫蓋、上中下保溫罩、石墨坩堝 (三瓣堝三瓣堝)、坩堝托桿、坩堝托盤、電極、加熱器、導(dǎo)流、坩堝托桿、坩堝托盤、電極、加熱器、導(dǎo)流 筒、石墨螺栓，且為了防止漏硅，爐

4、底、金屬電極、托筒、石墨螺栓，且為了防止漏硅，爐底、金屬電極、托 桿、都設(shè)置了保護(hù)板、保護(hù)套。桿、都設(shè)置了保護(hù)板、保護(hù)套。 4 熱 場 示 意 圖 5 加熱器加熱器 加熱器加熱器是熱場中很重要的部件是熱場中很重要的部件 ，是直接的發(fā)熱體，溫度最高，是直接的發(fā)熱體，溫度最高 的時候可以達(dá)到的時候可以達(dá)到1600以上。以上。 常見的加熱器有三種形狀，筒常見的加熱器有三種形狀，筒 狀、杯狀、螺旋狀。目前絕大狀、杯狀、螺旋狀。目前絕大 多數(shù)加熱器為筒狀，硅單晶分多數(shù)加熱器為筒狀，硅單晶分 廠廠CZ1#廠房使用的是廠房使用的是直筒式直筒式形形 狀的加熱器。右圖為加熱器。狀的加熱器。右圖為加熱器。 6 加

5、熱器加熱器 一般情況下，加熱器是一般情況下，加熱器是高純高純 石墨石墨加工，每個半圓筒各位加工，每個半圓筒各位 一組，縱向開縫分瓣，組成一組，縱向開縫分瓣，組成 串聯(lián)電阻，兩組并聯(lián)后形成串聯(lián)電阻，兩組并聯(lián)后形成 串并聯(lián)回路。串并聯(lián)回路。 右下圖是倒立的加熱器，由右下圖是倒立的加熱器，由 圖可知，在加熱器下面有兩圖可知，在加熱器下面有兩 個清晰的連接孔，這些孔是個清晰的連接孔，這些孔是 用來連接用來連接石墨電極石墨電極。 7 石墨電極石墨電極 石墨電極的作用，一是平穩(wěn)的石墨電極的作用，一是平穩(wěn)的 固定固定加熱器加熱器，二是通過它對加，二是通過它對加 熱器熱器輸送電流輸送電流，因此要求電極，因此要

6、求電極 厚重，結(jié)實耐用，它與金屬電厚重，結(jié)實耐用，它與金屬電 極和加熱器的接觸面要光滑、極和加熱器的接觸面要光滑、 平穩(wěn)，保證接觸良好，通電時平穩(wěn)，保證接觸良好，通電時 不打火。石墨電極也是有高純不打火。石墨電極也是有高純 石墨加工而成。石墨加工而成。 右上圖為石墨電極示意圖、右右上圖為石墨電極示意圖、右 下圖為連接石墨電極和加熱器下圖為連接石墨電極和加熱器 的的石墨螺栓石墨螺栓。 石 墨 螺 栓 電 極 圖 8 石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤 石墨坩堝，也就是所謂的石墨坩堝，也就是所謂的三瓣三瓣 堝堝，主要是用來盛放石英坩堝，主要是用來盛放石英坩堝 。它的內(nèi)徑加工尺

7、寸與石英坩。它的內(nèi)徑加工尺寸與石英坩 堝的外形尺寸相配合，同時，堝的外形尺寸相配合，同時， 石墨坩堝本身也需要具有一定石墨坩堝本身也需要具有一定 的強(qiáng)度，來承受硅料和坩堝的的強(qiáng)度，來承受硅料和坩堝的 重量。重量。 石墨坩堝，有單體，兩瓣合體石墨坩堝，有單體，兩瓣合體 ，以及，以及CZ1#所使用的三瓣合體所使用的三瓣合體 等不同形狀。它們從節(jié)約成本等不同形狀。它們從節(jié)約成本 、使用方便來比較各有所長。、使用方便來比較各有所長。 右圖為三瓣堝的實物圖。右圖為三瓣堝的實物圖。 9 坩堝托桿、坩堝托盤坩堝托桿、坩堝托盤共同構(gòu)成了共同構(gòu)成了 石墨坩堝的支撐體，要求和下軸石墨坩堝的支撐體，要求和下軸 結(jié)合

8、牢固，對中性良好，在下軸結(jié)合牢固，對中性良好，在下軸 轉(zhuǎn)動時，托桿及托盤的偏擺度轉(zhuǎn)動時，托桿及托盤的偏擺度 0.5mm。 支撐體的高度是可以調(diào)節(jié)的，這支撐體的高度是可以調(diào)節(jié)的，這 樣可以保證熔料時，坩堝有合適樣可以保證熔料時，坩堝有合適 的低堝位，而拉晶時，有足夠的的低堝位，而拉晶時，有足夠的 堝跟隨動行程。堝跟隨動行程。 石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤石墨坩堝、坩堝托桿和坩堝托盤 10 保溫罩保溫罩 保溫罩分為上保溫罩、中保保溫罩分為上保溫罩、中保 溫罩和下保溫罩。溫罩和下保溫罩。 保溫罩是由一個保溫筒外面保溫罩是由一個保溫筒外面 包裹包裹石墨碳?xì)质細(xì)侄?。而成。石墨碳石墨?氈的包裹層數(shù)

9、視情況而定。氈的包裹層數(shù)視情況而定。 下保溫罩組成了底部的保溫下保溫罩組成了底部的保溫 系統(tǒng)，它的作用是加強(qiáng)堝底系統(tǒng)，它的作用是加強(qiáng)堝底 保溫，提高堝底溫度，減少保溫，提高堝底溫度，減少 熱量損失。熱量損失。 11 中、上保溫罩的作用也是為了減中、上保溫罩的作用也是為了減 少熱量的損失。只不過保溫罩外少熱量的損失。只不過保溫罩外 面的石墨碳?xì)值膶訑?shù)不一樣，這面的石墨碳?xì)值膶訑?shù)不一樣，這 樣使得溫度梯度不一樣。樣使得溫度梯度不一樣。 排氣的方式有上排氣和下排氣。排氣的方式有上排氣和下排氣。 CZ1#廠房現(xiàn)在使用的比較多的是廠房現(xiàn)在使用的比較多的是 上排氣上排氣。這樣，上保溫罩上面就。這樣，上保溫

10、罩上面就 存在幾個排氣孔，這些排氣孔保存在幾個排氣孔，這些排氣孔保 證在高溫下蒸發(fā)的氣體的排出。證在高溫下蒸發(fā)的氣體的排出。 保溫罩保溫罩 12 保溫蓋、導(dǎo)流筒保溫蓋、導(dǎo)流筒 保溫蓋由保溫上蓋、保溫碳保溫蓋由保溫上蓋、保溫碳 氈和保溫下蓋組成。即兩層氈和保溫下蓋組成。即兩層 環(huán)狀石墨之間夾一層石墨碳環(huán)狀石墨之間夾一層石墨碳 氈組成，氈組成，其內(nèi)徑的大小與導(dǎo)其內(nèi)徑的大小與導(dǎo) 流筒外徑相匹配，流筒外徑相匹配，平穩(wěn)的放平穩(wěn)的放 在保溫罩面板上。在保溫罩面板上。 導(dǎo)流筒，由內(nèi)外筒之間夾一導(dǎo)流筒，由內(nèi)外筒之間夾一 層石墨碳?xì)纸M成。導(dǎo)流筒主層石墨碳?xì)纸M成。導(dǎo)流筒主 要是為了控制熱場的溫度梯要是為了控制熱場

11、的溫度梯 度和引導(dǎo)氬氣流。度和引導(dǎo)氬氣流。 13 壓環(huán)壓環(huán) 壓環(huán)，由幾截弧形環(huán)構(gòu)成的壓環(huán)，由幾截弧形環(huán)構(gòu)成的 一個圓形環(huán)狀石墨件，它放一個圓形環(huán)狀石墨件，它放 置在蓋板與爐壁接觸處，是置在蓋板與爐壁接觸處，是 為了防止熱量和氣體從爐壁為了防止熱量和氣體從爐壁 與蓋板的縫隙間通過。與蓋板的縫隙間通過。 右上圖是壓環(huán)，右下圖為安右上圖是壓環(huán)，右下圖為安 裝后的效果圖。裝后的效果圖。 14 (1)安裝前安裝前 安裝熱場前，尤其是新熱場，應(yīng)仔細(xì)擦拭干凈，去除安裝熱場前，尤其是新熱場，應(yīng)仔細(xì)擦拭干凈，去除 表面浮塵土，檢查部件的質(zhì)量，整個爐室在進(jìn)行安裝熱表面浮塵土，檢查部件的質(zhì)量，整個爐室在進(jìn)行安裝熱

12、場前也必須擦拭完畢。場前也必須擦拭完畢。 (2)安裝安裝 安裝順序一般是安裝順序一般是由下而上，由內(nèi)到外。由下而上，由內(nèi)到外。 石墨電極安裝時，左右對齊，處在同一水平面上，不石墨電極安裝時，左右對齊，處在同一水平面上，不 可傾斜，同時要和托桿對中?？蓛A斜，同時要和托桿對中。 放上加熱器之后，加熱器的電極孔要與下面的電極板放上加熱器之后，加熱器的電極孔要與下面的電極板 的兩孔對準(zhǔn)。的兩孔對準(zhǔn)。 二、熱場的安裝與煅燒二、熱場的安裝與煅燒 15 安裝電極安裝電極爐底碳?xì)譅t底碳?xì)址瓷涞装宸瓷涞装逑卤卣窒卤卣质h(huán)石墨環(huán)、石英環(huán)、石英環(huán)加熱器加熱器 中保溫罩中保溫罩石墨托桿石墨托桿石墨托盤石墨托盤裝

13、三瓣堝裝三瓣堝下降主爐室下降主爐室上保溫罩上保溫罩 導(dǎo)氣孔導(dǎo)氣孔保溫蓋板保溫蓋板裝導(dǎo)流筒裝導(dǎo)流筒壓環(huán)壓環(huán) 熱場安裝順序示意圖熱場安裝順序示意圖 二、熱場的安裝與煅燒二、熱場的安裝與煅燒 16 (3)對中順序?qū)χ许樞?在整個安裝過程中，要求整個熱系統(tǒng)對中良好，同心度高，需在整個安裝過程中，要求整個熱系統(tǒng)對中良好，同心度高，需 要嚴(yán)格對中：要嚴(yán)格對中： 坩堝軸與加熱器的對中。將坩堝軸與加熱器的對中。將 托桿穩(wěn)定的裝在下軸上，將托桿穩(wěn)定的裝在下軸上，將 下軸轉(zhuǎn)動，目測是否偏擺。下軸轉(zhuǎn)動，目測是否偏擺。 然后將鋼板尺平放在坩堝軸然后將鋼板尺平放在坩堝軸 上，觀察兩者之間的間隙，上，觀察兩者之間的間隙，

14、 間隙是否保持不變，加熱器間隙是否保持不變，加熱器 圓心是否對中。接著裝圓心是否對中。接著裝托盤托盤 ，托盤的中心也要跟加熱器，托盤的中心也要跟加熱器 對中。對中。 二、熱場的安裝與煅燒二、熱場的安裝與煅燒 17 加熱器與石墨坩堝的對中加熱器與石墨坩堝的對中 ：轉(zhuǎn)動托碗，調(diào)整堝位，：轉(zhuǎn)動托碗，調(diào)整堝位， 讓石墨坩堝與加熱器口水讓石墨坩堝與加熱器口水 平（此時的堝位成為平口平（此時的堝位成為平口 堝位），再稍許移動加熱堝位），再稍許移動加熱 器電極，與托碗對中，這器電極，與托碗對中，這 時石墨坩堝和加熱器口之時石墨坩堝和加熱器口之 間的間隙四周都一致。間的間隙四周都一致。 二、熱場的安裝與煅燒二

15、、熱場的安裝與煅燒 18 保溫罩和加熱器對中：調(diào)整保溫罩位置，做到保保溫罩和加熱器對中：調(diào)整保溫罩位置，做到保 溫罩內(nèi)壁與加熱器外壁之間四周間隙一致。注意溫罩內(nèi)壁與加熱器外壁之間四周間隙一致。注意 可徑向移動，不得轉(zhuǎn)動，否則測溫孔就對不準(zhǔn)了可徑向移動，不得轉(zhuǎn)動，否則測溫孔就對不準(zhǔn)了 。 保溫蓋和加熱器對中：升起托桿，讓三瓣鍋其與保溫蓋和加熱器對中：升起托桿，讓三瓣鍋其與 保溫蓋水平，調(diào)整保溫蓋的位置，使得四周間隙保溫蓋水平，調(diào)整保溫蓋的位置，使得四周間隙 一致。一致。 此外此外: 下保溫罩和電極之間的間隙前后一致，切不可大下保溫罩和電極之間的間隙前后一致，切不可大 意造成短路打火。意造成短路打

16、火。 測溫孔對一致。測溫孔對一致。 二、熱場的安裝與煅燒二、熱場的安裝與煅燒 19 (4)煅燒煅燒 新的熱場需要在真空下煅燒，煅燒時間約新的熱場需要在真空下煅燒，煅燒時間約10小時小時 左右，煅燒左右，煅燒35次，方能投入使用。使用后，每次，方能投入使用。使用后，每 拉晶拉晶48爐后也要煅燒一次。爐后也要煅燒一次。 煅燒功率，不同的熱場不一樣，一般要比引晶溫煅燒功率，不同的熱場不一樣，一般要比引晶溫 度高，度高，CZ1#爐子煅燒最高功率一般在爐子煅燒最高功率一般在110KW。 二、熱場的安裝與煅燒二、熱場的安裝與煅燒 20 (1)熱場的概念熱場的概念 熱場也稱溫度場。熱系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布狀態(tài)叫熱

17、場也稱溫度場。熱系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布狀態(tài)叫熱場熱場。 煅燒時，熱系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布相對穩(wěn)定，稱為煅燒時，熱系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布相對穩(wěn)定，稱為靜態(tài)靜態(tài) 熱場熱場。在單晶生長過程中，熱場是會發(fā)生變化，稱。在單晶生長過程中，熱場是會發(fā)生變化，稱 為為動態(tài)熱場動態(tài)熱場。 單晶生長時，由于不斷發(fā)生物相的轉(zhuǎn)化單晶生長時，由于不斷發(fā)生物相的轉(zhuǎn)化(液相轉(zhuǎn)化為液相轉(zhuǎn)化為 固相固相)，不斷放出固相潛熱，同時，晶體越拉越長，不斷放出固相潛熱，同時，晶體越拉越長， 熔體液面不斷下降，熱量的傳導(dǎo)、輻射等情況都在熔體液面不斷下降，熱量的傳導(dǎo)、輻射等情況都在 發(fā)生變化，所以熱場是變化的，稱為動態(tài)熱場。發(fā)生變化，所以熱場是變化的，稱為

18、動態(tài)熱場。 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 21 (2)溫度溫度梯度的概念梯度的概念 為了描述熱場中不同點的溫度分布及分布狀態(tài)，下為了描述熱場中不同點的溫度分布及分布狀態(tài)，下 面給大家介紹一個面給大家介紹一個“溫度梯度溫度梯度”這個概念。這個概念。 溫度梯度是指熱場中某點溫度梯度是指熱場中某點A的溫度指向周圍鄰近某的溫度指向周圍鄰近某 點點B的溫度的變化率。也即的溫度的變化率。也即單位距離內(nèi)溫度的變化單位距離內(nèi)溫度的變化 率。率。 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 22 如下圖所示，如下圖所示，A點到點到B點的溫度變化為點的溫度變化為T1-T2 ，距離變化為，距離變化為 r1-r2

19、。那么。那么A點到點到B點的溫度梯度是：點的溫度梯度是： 通常用通常用 表示在表示在 r 方向上的變化率。方向上的變化率。 dT dr 12 12 TTT rrr 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 23 顯然兩點間的溫度差越大，則顯然兩點間的溫度差越大，則 越大越大，則溫度梯度越，則溫度梯度越 大，反之，兩點間溫度差越小，則大，反之，兩點間溫度差越小，則 越越小，則溫度梯小，則溫度梯 度越小，如果度越小，如果 說明由說明由A點到點到B點溫度是升高的，如果點溫度是升高的，如果 說明由說明由A點到點到B點的溫度是下降的。點的溫度是下降的。 dT dr 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 dT

20、 dr 0 dT dr 0 dT dr 24 (3)靜態(tài)熱場的溫度分布靜態(tài)熱場的溫度分布 下圖為靜態(tài)熱場的溫度分布狀況：沿著加熱器中心軸線下圖為靜態(tài)熱場的溫度分布狀況：沿著加熱器中心軸線 測量溫度的變化發(fā)現(xiàn)加熱器的測量溫度的變化發(fā)現(xiàn)加熱器的中心溫度最高中心溫度最高，向上向下向上向下 都是逐漸降低的都是逐漸降低的，它的變化率稱為，它的變化率稱為縱向溫度梯度縱向溫度梯度，用，用 表示。表示。 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 dT dy 25 然后沿著軸線上某點沿著徑向測量，發(fā)現(xiàn)溫度是然后沿著軸線上某點沿著徑向測量，發(fā)現(xiàn)溫度是 逐漸上升的，逐漸上升的，加熱器中心溫度最低加熱器中心溫度最低，加熱

21、器溫度，加熱器溫度 最高最高，成拋物線變化，它的變化率稱為，成拋物線變化，它的變化率稱為徑向溫度徑向溫度 梯度梯度，用，用 表示。表示。 dT dr 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 26 (4)晶體生長時的溫度梯度晶體生長時的溫度梯度 單晶硅生長時，熱場中存在單晶硅生長時，熱場中存在固體、熔體固體、熔體兩種形態(tài)。兩種形態(tài)。 溫度梯度也有兩種：溫度梯度也有兩種： 晶體中的縱向溫度梯度晶體中的縱向溫度梯度 和徑向溫度梯度和徑向溫度梯度 。 熔體中的縱向溫度梯度熔體中的縱向溫度梯度 和徑向溫度梯度和徑向溫度梯度 。 這是兩種完全不同的溫度分布，但是最能影響結(jié)晶狀這是兩種完全不同的溫度分布，但是

22、最能影響結(jié)晶狀 態(tài)的生長界面處的溫度梯度態(tài)的生長界面處的溫度梯度 。 L dT dy 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 S dT dr S dT dy S L dT dy L dT dr 27 晶體生長時，晶體生長時，單晶硅的縱向溫度梯度單晶硅的縱向溫度梯度粗略的講：離生長界面越遠(yuǎn)，溫粗略的講：離生長界面越遠(yuǎn)，溫 度越低，即度越低，即 只有只有 足夠大足夠大： 才能使單晶硅生長產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱及時傳走，才能使單晶硅生長產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱及時傳走， 散掉，保持界面溫度穩(wěn)定。散掉，保持界面溫度穩(wěn)定。 如果如果 較小較?。壕w生長產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱不能及時散掉，單晶硅溫：晶體生長產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱不能及時散掉

23、，單晶硅溫 度增高，結(jié)晶界面溫度隨著增高，熔體表面的過冷度減少，單晶硅的度增高，結(jié)晶界面溫度隨著增高，熔體表面的過冷度減少，單晶硅的 正常生長就會受到影響。正常生長就會受到影響。 但是，如果但是，如果 過大過大：則可能產(chǎn)生新的不規(guī)則晶核，使單晶變成：則可能產(chǎn)生新的不規(guī)則晶核，使單晶變成 多晶，同時，熔體表面過冷度增大，單晶可能產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)缺陷。多晶，同時，熔體表面過冷度增大，單晶可能產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)缺陷。 總之，晶體的縱向溫度梯度要足夠大，但不能過大。總之，晶體的縱向溫度梯度要足夠大，但不能過大。 0 S dT dy S dT dy S dT dy S dT dy 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度

24、梯度 28 晶體生長時，晶體生長時，熔體的縱向溫度梯度熔體的縱向溫度梯度概括地說，離液面越遠(yuǎn)溫度越高。即概括地說，離液面越遠(yuǎn)溫度越高。即 溫度梯度溫度梯度 較大較大時：離開液面越遠(yuǎn)，溫度越高，即使有較小的溫度時：離開液面越遠(yuǎn)，溫度越高，即使有較小的溫度 降低，生長界面以下熔體溫度高于結(jié)晶溫度，不會使局部生長較快，生降低，生長界面以下熔體溫度高于結(jié)晶溫度，不會使局部生長較快，生 長界面較平坦，晶體生正是穩(wěn)定的。長界面較平坦，晶體生正是穩(wěn)定的。 溫度梯度溫度梯度 較小較小時，結(jié)晶界面以下熔體溫度與結(jié)晶溫度相差較少，時，結(jié)晶界面以下熔體溫度與結(jié)晶溫度相差較少， 熔體溫度波動可能產(chǎn)生新晶核，可能使單晶

25、硅發(fā)生晶變。單晶硅生長不熔體溫度波動可能產(chǎn)生新晶核，可能使單晶硅發(fā)生晶變。單晶硅生長不 穩(wěn)定。穩(wěn)定。 特殊情況下，特殊情況下， 是是負(fù)值負(fù)值，即離開結(jié)晶界面越遠(yuǎn)，溫度越低，熔體內(nèi)，即離開結(jié)晶界面越遠(yuǎn)，溫度越低，熔體內(nèi) 部溫度低于結(jié)晶溫度，從而產(chǎn)生新的自發(fā)晶核，單晶硅也會長入熔體形部溫度低于結(jié)晶溫度，從而產(chǎn)生新的自發(fā)晶核，單晶硅也會長入熔體形 成多晶，這種情況下，無法進(jìn)行單晶生長。成多晶，這種情況下，無法進(jìn)行單晶生長。 0 L dT dy L dT dy L dT dy L dT dy 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 29 熱場的徑向溫度梯度，包括晶體熱場的徑向溫度梯度，包括晶體 、熔體、

26、熔體 、固液交界面、固液交界面 三種晶向溫度梯度。三種晶向溫度梯度。 晶體的徑向溫度梯度晶體的徑向溫度梯度 是由晶體的縱向、橫向熱傳導(dǎo)，表面輻射是由晶體的縱向、橫向熱傳導(dǎo)，表面輻射 以及在熱場中新處的位置決定，一般來說，中心溫度高高，晶體邊緣以及在熱場中新處的位置決定，一般來說，中心溫度高高，晶體邊緣 溫度低，即溫度低，即 熔體的徑向溫度梯度熔體的徑向溫度梯度 主要是靠四周的加熱器決定的，所以中心溫主要是靠四周的加熱器決定的，所以中心溫 度低，度低， 靠近坩堝處溫度高，徑向溫度梯度總是正數(shù)，即靠近坩堝處溫度高，徑向溫度梯度總是正數(shù)，即 S dT dr L dT dr S L dT dr S d

27、T dr L dT dr 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 30 在晶體生長過程中，結(jié)晶界面處的徑向溫度梯度在晶體生長過程中，結(jié)晶界面處的徑向溫度梯度 是變是變 化的，將晶體縱剖，作結(jié)晶界面顯示，如下圖所示。化的，將晶體縱剖，作結(jié)晶界面顯示，如下圖所示。 晶體生正過程中晶體生正過程中 變化情況變化情況 S L dT dr S L dT dr 三、熱場的溫度梯度三、熱場的溫度梯度 31 單晶硅最初等直徑生長時，生長界面的徑向溫度梯度是正數(shù)，即單晶硅最初等直徑生長時，生長界面的徑向溫度梯度是正數(shù)，即 隨著單晶不斷生長，結(jié)晶界面由凸向熔體逐漸變平，生長界面的徑向隨著單晶不斷生長，結(jié)晶界面由凸向熔體逐漸變平，生長界面