Σχεδιασμός θερμικού πεδίου για ανάπτυξη μονοκρυστάλλου SiC

1 Σημασία του σχεδιασμού θερμικού πεδίου σε εξοπλισμό ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC

Το μονοκρύσταλλο SiC είναι ένα σημαντικό υλικό ημιαγωγών, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρονικά ισχύος, οπτοηλεκτρονική και εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας. Ο σχεδιασμός του θερμικού πεδίου επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης, την ομοιομορφία και τον έλεγχο ακαθαρσιών του κρυστάλλου και έχει καθοριστική επίδραση στην απόδοση και την απόδοση του εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC. Η ποιότητα του μονοκρυστάλλου SiC επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία του στην κατασκευή συσκευών. Με τον ορθολογικό σχεδιασμό του θερμικού πεδίου, μπορεί να επιτευχθεί η ομοιομορφία της κατανομής της θερμοκρασίας κατά την ανάπτυξη των κρυστάλλων, η θερμική καταπόνηση και η θερμική κλίση στον κρύσταλλο μπορούν να αποφευχθούν, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό σχηματισμού κρυσταλλικών ελαττωμάτων. Ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός θερμικού πεδίου μπορεί επίσης να βελτιώσει την ποιότητα της επιφάνειας κρυστάλλου και τον ρυθμό κρυστάλλωσης, να βελτιώσει περαιτέρω τη δομική ακεραιότητα και τη χημική καθαρότητα του κρυστάλλου και να διασφαλίσει ότι ο αναπτυσσόμενος μονοκρύσταλλος SiC έχει καλές ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες.

Ο ρυθμός ανάπτυξης του μονοκρυστάλλου SiC επηρεάζει άμεσα το κόστος παραγωγής και τη χωρητικότητα. Με τον ορθολογικό σχεδιασμό του θερμικού πεδίου, η διαβάθμιση θερμοκρασίας και η κατανομή της ροής θερμότητας κατά τη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων μπορούν να βελτιστοποιηθούν και ο ρυθμός ανάπτυξης του κρυστάλλου και ο ρυθμός αποτελεσματικής χρήσης της περιοχής ανάπτυξης μπορούν να βελτιωθούν. Ο σχεδιασμός του θερμικού πεδίου μπορεί επίσης να μειώσει την απώλεια ενέργειας και τα απόβλητα υλικών κατά τη διαδικασία ανάπτυξης, να μειώσει το κόστος παραγωγής και να βελτιώσει την απόδοση παραγωγής, αυξάνοντας έτσι την παραγωγή μονοκρυστάλλων SiC. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC απαιτεί συνήθως μεγάλη ποσότητα συστήματος παροχής ενέργειας και ψύξης και ο ορθολογικός σχεδιασμός του θερμικού πεδίου μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας, να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και τις περιβαλλοντικές εκπομπές. Με τη βελτιστοποίηση της δομής του θερμικού πεδίου και της διαδρομής ροής θερμότητας, η ενέργεια μπορεί να μεγιστοποιηθεί και η απορριπτόμενη θερμότητα μπορεί να ανακυκλωθεί για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και τη μείωση των αρνητικών επιπτώσεων στο περιβάλλον.

2 Δυσκολίες στο σχεδιασμό θερμικού πεδίου εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC

2.1 Ανομοιομορφία θερμικής αγωγιμότητας υλικών

Το SiC είναι ένα πολύ σημαντικό υλικό ημιαγωγών. Η θερμική του αγωγιμότητα έχει τα χαρακτηριστικά της σταθερότητας σε υψηλές θερμοκρασίες και της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας, αλλά η κατανομή της θερμικής αγωγιμότητας έχει κάποια ανομοιομορφία. Στη διαδικασία ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC, προκειμένου να εξασφαλιστεί η ομοιομορφία και η ποιότητα της ανάπτυξης κρυστάλλων, το θερμικό πεδίο πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια. Η μη ομοιομορφία της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών SiC θα οδηγήσει σε αστάθεια της κατανομής του θερμικού πεδίου, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ομοιομορφία και την ποιότητα της ανάπτυξης των κρυστάλλων. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC συνήθως υιοθετεί τη μέθοδο φυσικής εναπόθεσης ατμών (PVT) ή τη μέθοδο μεταφοράς αέριας φάσης, η οποία απαιτεί τη διατήρηση περιβάλλοντος υψηλής θερμοκρασίας στον θάλαμο ανάπτυξης και την πραγματοποίηση της ανάπτυξης κρυστάλλων ελέγχοντας με ακρίβεια την κατανομή θερμοκρασίας. Η ανομοιομορφία της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών SiC θα οδηγήσει σε μη ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας στον θάλαμο ανάπτυξης, επηρεάζοντας έτσι τη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων, η οποία μπορεί να προκαλέσει κρυσταλλικά ελαττώματα ή ανομοιόμορφη ποιότητα κρυστάλλου. Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί τρισδιάστατη δυναμική προσομοίωση και ανάλυση του θερμικού πεδίου προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα ο μεταβαλλόμενος νόμος της κατανομής θερμοκρασίας και να βελτιστοποιηθεί ο σχεδιασμός με βάση τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Λόγω της ανομοιομορφίας της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών SiC, αυτές οι αναλύσεις προσομοίωσης ενδέχεται να επηρεαστούν από κάποιο βαθμό σφάλματος, επηρεάζοντας έτσι τον ακριβή έλεγχο και τον σχεδιασμό βελτιστοποίησης του θερμικού πεδίου.

2.2 Δυσκολία ρύθμισης της μεταφοράς στο εσωτερικό του εξοπλισμού

Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, πρέπει να διατηρηθεί αυστηρός έλεγχος θερμοκρασίας για να διασφαλιστεί η ομοιομορφία και η καθαρότητα των κρυστάλλων. Το φαινόμενο της μεταφοράς στο εσωτερικό του εξοπλισμού μπορεί να προκαλέσει την ανομοιομορφία του πεδίου θερμοκρασίας, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα των κρυστάλλων. Η μεταφορά συνήθως σχηματίζει μια κλίση θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα μια ανομοιόμορφη δομή στην κρυσταλλική επιφάνεια, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την απόδοση και την εφαρμογή των κρυστάλλων. Ο καλός έλεγχος μεταφοράς μπορεί να προσαρμόσει την ταχύτητα και την κατεύθυνση ροής αερίου, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση της ανομοιομορφίας της επιφάνειας του κρυστάλλου και στη βελτίωση της απόδοσης ανάπτυξης. Η περίπλοκη γεωμετρική δομή και η διαδικασία δυναμικής του αερίου μέσα στον εξοπλισμό καθιστούν εξαιρετικά δύσκολο τον ακριβή έλεγχο της μεταφοράς. Το περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας θα οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης μεταφοράς θερμότητας και θα αυξήσει το σχηματισμό βαθμίδας θερμοκρασίας μέσα στον εξοπλισμό, επηρεάζοντας έτσι την ομοιομορφία και την ποιότητα της ανάπτυξης των κρυστάλλων. Ορισμένα διαβρωτικά αέρια ενδέχεται να επηρεάσουν τα υλικά και τα στοιχεία μεταφοράς θερμότητας στο εσωτερικό του εξοπλισμού, επηρεάζοντας έτσι τη σταθερότητα και τη δυνατότητα ελέγχου της μεταφοράς. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC έχει συνήθως πολύπλοκη δομή και πολλαπλούς μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, όπως μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας, μεταφορά θερμότητας με συναγωγή και αγωγιμότητα θερμότητας. Αυτοί οι μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας συνδέονται μεταξύ τους, καθιστώντας τη ρύθμιση της μεταφοράς πιο περίπλοκη, ειδικά όταν υπάρχουν διαδικασίες πολυφασικής ροής και αλλαγής φάσης μέσα στον εξοπλισμό, είναι πιο δύσκολο να μοντελοποιηθεί με ακρίβεια και να ελέγχεται η μεταφορά.

3 Βασικά σημεία σχεδιασμού θερμικού πεδίου εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC

3.1 Διανομή και έλεγχος ισχύος θέρμανσης

Στο σχεδιασμό θερμικών πεδίων, ο τρόπος διανομής και η στρατηγική ελέγχου της θερμικής ισχύος θα πρέπει να καθορίζονται σύμφωνα με τις παραμέτρους της διαδικασίας και τις απαιτήσεις ανάπτυξης κρυστάλλων. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC χρησιμοποιεί θερμαντικές ράβδους γραφίτη ή επαγωγικούς θερμαντήρες για θέρμανση. Η ομοιομορφία και η σταθερότητα του θερμικού πεδίου μπορεί να επιτευχθεί με το σχεδιασμό της διάταξης και της κατανομής ισχύος του θερμαντήρα. Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, η ομοιομορφία της θερμοκρασίας έχει σημαντική επίδραση στην ποιότητα του κρυστάλλου. Η κατανομή της θερμικής ισχύος θα πρέπει να μπορεί να διασφαλίζει την ομοιομορφία της θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο. Μέσω αριθμητικής προσομοίωσης και πειραματικής επαλήθευσης, μπορεί να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ της θερμικής ισχύος και της κατανομής θερμοκρασίας και, στη συνέχεια, το σχήμα διανομής θερμικής ισχύος μπορεί να βελτιστοποιηθεί για να γίνει η κατανομή θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο πιο ομοιόμορφη και σταθερή. Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, ο έλεγχος της θερμικής ισχύος θα πρέπει να μπορεί να επιτυγχάνει ακριβή ρύθμιση και σταθερό έλεγχο της θερμοκρασίας. Αλγόριθμοι αυτόματου ελέγχου, όπως ελεγκτής PID ή ασαφής ελεγκτής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη ελέγχου κλειστού βρόχου της θερμικής ισχύος με βάση δεδομένα θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο που ανατροφοδοτούνται από αισθητήρες θερμοκρασίας για να διασφαλιστεί η σταθερότητα και η ομοιομορφία της θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο. Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, το μέγεθος της θερμικής ισχύος θα επηρεάσει άμεσα τον ρυθμό ανάπτυξης των κρυστάλλων. Ο έλεγχος της θερμικής ισχύος θα πρέπει να μπορεί να επιτύχει ακριβή ρύθμιση του ρυθμού ανάπτυξης κρυστάλλων. Με την ανάλυση και την πειραματική επαλήθευση της σχέσης μεταξύ θερμαντικής ισχύος και ρυθμού ανάπτυξης κρυστάλλων, μπορεί να καθοριστεί μια λογική στρατηγική ελέγχου θερμικής ισχύος για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου του ρυθμού ανάπτυξης κρυστάλλων. Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC, η σταθερότητα της θερμικής ισχύος έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ποιότητα της ανάπτυξης κρυστάλλων. Απαιτείται σταθερός και αξιόπιστος εξοπλισμός θέρμανσης και συστήματα ελέγχου για τη διασφάλιση της σταθερότητας και της αξιοπιστίας της ισχύος θέρμανσης. Ο εξοπλισμός θέρμανσης πρέπει να συντηρείται και να συντηρείται τακτικά για την έγκαιρη ανακάλυψη και επίλυση βλαβών και προβλημάτων στον εξοπλισμό θέρμανσης, ώστε να διασφαλίζεται η κανονική λειτουργία του εξοπλισμού και η σταθερή απόδοση θερμικής ισχύος. Σχεδιάζοντας ορθολογικά το σχήμα διανομής ισχύος θέρμανσης, λαμβάνοντας υπόψη τη σχέση μεταξύ θερμικής ισχύος και κατανομής θερμοκρασίας, πραγματοποιώντας τον ακριβή έλεγχο της θερμικής ισχύος και διασφαλίζοντας τη σταθερότητα και την αξιοπιστία της θερμικής ισχύος, η απόδοση ανάπτυξης και η ποιότητα των κρυστάλλων του εξοπλισμού ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC μπορούν να βελτιώθηκε αποτελεσματικά και μπορεί να προωθηθεί η πρόοδος και η ανάπτυξη της τεχνολογίας ανάπτυξης μονοκρυστάλλων SiC.

3.2 Σχεδιασμός και ρύθμιση συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας

Πριν από το σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας, απαιτείται ανάλυση αριθμητικής προσομοίωσης για την προσομοίωση και τον υπολογισμό των διεργασιών μεταφοράς θερμότητας όπως η αγωγιμότητα θερμότητας, η συναγωγή και η ακτινοβολία κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC για να ληφθεί η κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας. Μέσω πειραματικής επαλήθευσης, τα αποτελέσματα της αριθμητικής προσομοίωσης διορθώνονται και προσαρμόζονται για τον προσδιορισμό των παραμέτρων σχεδιασμού του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας, όπως η ισχύς θέρμανσης, η διάταξη της περιοχής θέρμανσης και η θέση του αισθητήρα θερμοκρασίας. Κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, συνήθως χρησιμοποιείται θέρμανση με αντίσταση ή επαγωγική θέρμανση. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα κατάλληλο στοιχείο θέρμανσης. Για θέρμανση με αντίσταση, ένα σύρμα αντίστασης υψηλής θερμοκρασίας ή ένας κλίβανος αντίστασης μπορεί να επιλεγεί ως θερμαντικό στοιχείο. για επαγωγική θέρμανση, πρέπει να επιλεγεί ένα κατάλληλο πηνίο επαγωγής θέρμανσης ή επαγωγική πλάκα θέρμανσης. Κατά την επιλογή ενός θερμαντικού στοιχείου, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως η απόδοση θέρμανσης, η ομοιομορφία θέρμανσης, η αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες και ο αντίκτυπος στη σταθερότητα του θερμικού πεδίου. Ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας πρέπει να λαμβάνει υπόψη όχι μόνο τη σταθερότητα και την ομοιομορφία της θερμοκρασίας, αλλά και την ακρίβεια ρύθμισης της θερμοκρασίας και την ταχύτητα απόκρισης. Είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί μια λογική στρατηγική ελέγχου θερμοκρασίας, όπως έλεγχος PID, ασαφής έλεγχος ή έλεγχος νευρωνικού δικτύου, για να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος και ρύθμιση της θερμοκρασίας. Είναι επίσης απαραίτητο να σχεδιαστεί ένα κατάλληλο σχήμα ρύθμισης θερμοκρασίας, όπως προσαρμογή σύνδεσης πολλαπλών σημείων, τοπική ρύθμιση αντιστάθμισης ή προσαρμογή ανάδρασης, για να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη και σταθερή κατανομή θερμοκρασίας ολόκληρου του θερμικού πεδίου. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η ακριβής παρακολούθηση και ο έλεγχος της θερμοκρασίας κατά την ανάπτυξη μονοκρυστάλλων SiC, είναι απαραίτητο να υιοθετήσουμε προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης θερμοκρασίας και εξοπλισμό ελεγκτή. Μπορείτε να επιλέξετε αισθητήρες θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας, όπως θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις ή θερμόμετρα υπερύθρων για να παρακολουθείτε τις αλλαγές θερμοκρασίας σε κάθε περιοχή σε πραγματικό χρόνο και να επιλέξετε εξοπλισμό ελεγκτή θερμοκρασίας υψηλής απόδοσης, όπως ελεγκτής PLC (βλ. Εικόνα 1) ή ελεγκτής DSP , για να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος και ρύθμιση των θερμαντικών στοιχείων. Καθορίζοντας τις παραμέτρους σχεδίασης βάσει αριθμητικής προσομοίωσης και πειραματικών μεθόδων επαλήθευσης, επιλέγοντας κατάλληλες μεθόδους θέρμανσης και θερμαντικά στοιχεία, σχεδιάζοντας λογικές στρατηγικές ελέγχου θερμοκρασίας και συστήματα ρύθμισης και χρησιμοποιώντας προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης θερμοκρασίας και εξοπλισμό ελεγκτή, μπορείτε να επιτύχετε αποτελεσματικά ακριβή έλεγχο και ρύθμιση τη θερμοκρασία κατά την ανάπτυξη των μονοκρυστάλλων SiC και τη βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης των μονοκρυστάλλων.

3.3 Προσομοίωση Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής

Η δημιουργία ενός ακριβούς μοντέλου είναι η βάση για την προσομοίωση υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD). Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC συνήθως αποτελείται από έναν κλίβανο γραφίτη, ένα σύστημα επαγωγής θέρμανσης, ένα χωνευτήριο, ένα προστατευτικό αέριο κ.λπ. Στη διαδικασία μοντελοποίησης, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η πολυπλοκότητα της δομής του κλιβάνου, τα χαρακτηριστικά της μεθόδου θέρμανσης και την επίδραση της κίνησης του υλικού στο πεδίο ροής. Η τρισδιάστατη μοντελοποίηση χρησιμοποιείται για την ακριβή ανακατασκευή των γεωμετρικών σχημάτων του κλιβάνου, του χωνευτηρίου, του επαγωγικού πηνίου, κ.λπ., και για την εξέταση των θερμικών φυσικών παραμέτρων και των οριακών συνθηκών του υλικού, όπως η ισχύς θέρμανσης και ο ρυθμός ροής αερίου.

Στην προσομοίωση CFD, οι κοινώς χρησιμοποιούμενες αριθμητικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τη μέθοδο πεπερασμένου όγκου (FVM) και τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (FEM). Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC, η μέθοδος FVM χρησιμοποιείται γενικά για την επίλυση των εξισώσεων ροής ρευστού και αγωγιμότητας θερμότητας. Όσον αφορά το πλέγμα, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στην υποδιαίρεση βασικών περιοχών, όπως η επιφάνεια του χωνευτηρίου γραφίτη και η περιοχή ανάπτυξης ενός κρυστάλλου, για να διασφαλιστεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Η διαδικασία ανάπτυξης του μονοκρυστάλλου SiC περιλαμβάνει μια ποικιλία φυσικών διεργασιών, όπως αγωγιμότητα θερμότητας, μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας, κίνηση ρευστού κ.λπ. Σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση, επιλέγονται κατάλληλα φυσικά μοντέλα και οριακές συνθήκες για προσομοίωση. Για παράδειγμα, λαμβάνοντας υπόψη τη μεταφορά θερμότητας και τη μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας μεταξύ του χωνευτηρίου γραφίτη και του μονοκρύσταλλου SiC, πρέπει να τεθούν κατάλληλες οριακές συνθήκες μεταφοράς θερμότητας. Λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της επαγωγικής θέρμανσης στην κίνηση του ρευστού, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι οριακές συνθήκες της επαγωγικής θερμικής ισχύος.

Πριν από την προσομοίωση CFD, είναι απαραίτητο να ορίσετε το χρονικό βήμα της προσομοίωσης, τα κριτήρια σύγκλισης και άλλες παραμέτρους και να εκτελέσετε υπολογισμούς. Κατά τη διαδικασία προσομοίωσης, είναι απαραίτητο να προσαρμόζονται συνεχώς οι παράμετροι για να διασφαλίζεται η σταθερότητα και η σύγκλιση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και η μεταγενέστερη επεξεργασία των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, όπως κατανομή πεδίου θερμοκρασίας, κατανομή ταχύτητας ρευστού κ.λπ., για περαιτέρω ανάλυση και βελτιστοποίηση . Η ακρίβεια των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης επαληθεύεται με σύγκριση με την κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας, την ποιότητα μονοκρυστάλλου και άλλα δεδομένα στην πραγματική διαδικασία ανάπτυξης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, η δομή του κλιβάνου, η μέθοδος θέρμανσης και άλλες πτυχές βελτιστοποιούνται για τη βελτίωση της αποδοτικότητας ανάπτυξης και της ποιότητας μονοκρυστάλλου του εξοπλισμού ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC. Η προσομοίωση CFD του σχεδιασμού θερμικού πεδίου εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC περιλαμβάνει τη δημιουργία ακριβών μοντέλων, την επιλογή κατάλληλων αριθμητικών μεθόδων και πλέγματος, τον προσδιορισμό φυσικών μοντέλων και οριακών συνθηκών, τον καθορισμό και τον υπολογισμό των παραμέτρων προσομοίωσης και την επαλήθευση και τη βελτιστοποίηση των αποτελεσμάτων προσομοίωσης. Η επιστημονική και λογική προσομοίωση CFD μπορεί να παρέχει σημαντικές αναφορές για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση του εξοπλισμού ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC και να βελτιώσει την αποδοτικότητα ανάπτυξης και την ποιότητα μονού κρυστάλλου.

3.4 Σχεδιασμός δομής κλιβάνου

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ανάπτυξη ενός κρυστάλλου SiC απαιτεί υψηλή θερμοκρασία, χημική αδράνεια και καλή θερμική αγωγιμότητα, το υλικό του σώματος του κλιβάνου θα πρέπει να επιλέγεται από υλικά υψηλής θερμοκρασίας και ανθεκτικά στη διάβρωση, όπως κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου (SiC), γραφίτη, κ.λπ. Το υλικό SiC έχει εξαιρετική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και χημική αδράνεια, και είναι ιδανικό υλικό σώματος κλιβάνου. Η επιφάνεια του εσωτερικού τοιχώματος του σώματος του κλιβάνου πρέπει να είναι λεία και ομοιόμορφη για να μειώνεται η αντίσταση στη θερμική ακτινοβολία και στη μεταφορά θερμότητας και να βελτιώνεται η σταθερότητα του θερμικού πεδίου. Η δομή του κλιβάνου θα πρέπει να απλοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο, με λιγότερα δομικά στρώματα για να αποφευχθεί η συγκέντρωση θερμικής τάσης και η υπερβολική κλίση θερμοκρασίας. Συνήθως χρησιμοποιείται μια κυλινδρική ή ορθογώνια δομή για να διευκολύνει την ομοιόμορφη κατανομή και τη σταθερότητα του θερμικού πεδίου. Βοηθητικά θερμαντικά στοιχεία, όπως πηνία θέρμανσης και αντιστάσεις τοποθετούνται μέσα στον κλίβανο για να βελτιώσουν την ομοιομορφία της θερμοκρασίας και τη σταθερότητα του θερμικού πεδίου και να εξασφαλίσουν την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της ανάπτυξης μονοκρυστάλλων. Οι συνήθεις μέθοδοι θέρμανσης περιλαμβάνουν επαγωγική θέρμανση, θέρμανση με αντίσταση και θέρμανση με ακτινοβολία. Στον εξοπλισμό ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC, χρησιμοποιείται συχνά ένας συνδυασμός επαγωγικής θέρμανσης και θέρμανσης με αντίσταση. Η επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιείται κυρίως για ταχεία θέρμανση για τη βελτίωση της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας και της σταθερότητας του θερμικού πεδίου. Η θέρμανση με αντίσταση χρησιμοποιείται για τη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας για τη διατήρηση της σταθερότητας της διαδικασίας ανάπτυξης. Η θέρμανση με ακτινοβολία μπορεί να βελτιώσει την ομοιομορφία της θερμοκρασίας μέσα στον κλίβανο, αλλά συνήθως χρησιμοποιείται ως βοηθητική μέθοδος θέρμανσης.

4. Συμπέρασμα

Με την αυξανόμενη ζήτηση για υλικά SiC στα ηλεκτρονικά ισχύος, την οπτοηλεκτρονική και άλλους τομείς, η ανάπτυξη της τεχνολογίας ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC θα γίνει βασικός τομέας επιστημονικής και τεχνολογικής καινοτομίας. Ως ο πυρήνας του εξοπλισμού ανάπτυξης μονού κρυστάλλου SiC, ο σχεδιασμός θερμικών πεδίων θα συνεχίσει να τυγχάνει εκτενούς προσοχής και εις βάθος έρευνας. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης περιλαμβάνουν περαιτέρω βελτιστοποίηση της δομής του θερμικού πεδίου και του συστήματος ελέγχου για τη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής και της ποιότητας μονοκρυστάλλου. διερεύνηση νέων υλικών και τεχνολογίας επεξεργασίας για τη βελτίωση της σταθερότητας και της ανθεκτικότητας του εξοπλισμού· και ενσωμάτωση έξυπνης τεχνολογίας για την επίτευξη αυτόματου ελέγχου και απομακρυσμένης παρακολούθησης του εξοπλισμού.