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小木蟲論壇-學術(shù)科研互動平臺 » 材料區(qū) » 晶體 » 設計培養(yǎng) » 晶體生長工藝討論
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drg1984榮譽版主 (著名寫手)
奮斗
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[交流]
晶體生長工藝討論 已有3人參與
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晶體生長過程中，到底是哪個因素或哪幾個因素決定了晶體的質(zhì)量。 加工一個零件，我們要去監(jiān)視它的尺寸，焊一個電路板，我們要去監(jiān)視爐子的溫度。那么生長一根晶體，我們到底需要去控制什么、監(jiān)視什么參數(shù)？是溫度？拉速？轉(zhuǎn)速？還是功率？ 晶體結(jié)晶是個準靜態(tài)的熱平衡過程，如果控制溫度始終在熔點，材料從熔體變成固體過程放出的熱量始終等于系統(tǒng)散發(fā)出去的熱量減去電源提供的熱量，那么在時間軸上，滿足條件的△t越小，晶體生長越理想。我們設計溫場是為了什么？就是為了獲得既定大小的晶體前提下，來滿足上述條件。 那么我們需要關(guān)注的就是能量傳輸，讓能量傳輸盡量平穩(wěn)。在某一△t，晶體生長放出的熱量等于晶體焓*單位時間內(nèi)晶體生長的量，讓這個放出的能量加上電源提供的能量順利的被系統(tǒng)均勻的帶走，只有這樣才能讓系統(tǒng)溫度始終保持在材料熔點位置。那么可以通過監(jiān)視固液界面的溫度達到控制的目的，通過調(diào)控電源功率，達到固液界面溫度恒定的目的。 晶體生長過程能量傳輸?shù)娜齻�部分： 第一、 在既定的尺寸下，晶體生長放出的熱量，取決于材料的焓變和單位時間的生長量； 第二、 系統(tǒng)散熱，決定于晶體的熱導和溫場； 第三、 共給功率，電源提供能量的穩(wěn)定性。 對于一個需要生長的晶體，焓變和熱導率是由材料本身屬性決定，我們需要考慮的是單位時間內(nèi)晶體生長的量和溫場，功率是我們調(diào)控的手段。 單位時間內(nèi)晶體生長的量，在坩堝尺寸遠大于晶體尺寸時，可以近似用提拉速度×晶體生長面面積×密度表達，在坩堝尺寸接近與晶體尺寸的時候（例如泡生法）應考慮液面下降的量。 溫場是我們設計來平衡這個系統(tǒng)熱量傳遞過程的最重要因素，它必須考慮材料所能承受的最大溫度梯度。溫場和單位時間內(nèi)晶體生長的量是晶體生長過程兩個關(guān)鍵性參數(shù)，在一個選定的材料，單位時間內(nèi)晶體生長的量決定了晶體結(jié)晶所釋放的熱量，溫場決定了晶體結(jié)晶釋放的熱量如何通過系統(tǒng)傳輸出去；反之，溫場決定了系統(tǒng)能量的傳輸狀況，從而也制約了單位時間內(nèi)晶體生長的量。 對于轉(zhuǎn)速，它只是溫場設計不完美的一個補救措施，是適當彌補溫場不對稱和生長界面形狀不合適的手段。 |
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