Σχεδιασμός θερμικού πεδίου για ανάπτυξη SIC μονής κρυστάλλου

1 Σημασία του σχεδιασμού θερμικού πεδίου στον εξοπλισμό ανάπτυξης SIC Single Crystal

Το SIC Single Crystal είναι ένα σημαντικό υλικό ημιαγωγού, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρονική ισχύος, στις εφαρμογές οπτοηλεκτρονικής και υψηλής θερμοκρασίας. Ο σχεδιασμός του θερμικού πεδίου επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης, την ομοιομορφία και τον έλεγχο της ακαθαρσίας του κρυστάλλου και έχει αποφασιστική επίδραση στην απόδοση και την παραγωγή του εξοπλισμού ανάπτυξης κρυσταλλικών κρυστάλλων SIC. Η ποιότητα του SIC Single Crystal επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία του στην κατασκευή συσκευών. Με ορθολογικά σχεδιασμό του θερμικού πεδίου, μπορεί να επιτευχθεί η ομοιομορφία της κατανομής της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των κρυστάλλων, η θερμική τάση και η θερμική κλίση στον κρύσταλλο μπορούν να αποφευχθούν, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό σχηματισμού κρυστάλλων. Ο βελτιστοποιημένος σχεδιασμός του θερμικού πεδίου μπορεί επίσης να βελτιώσει την ποιότητα του κρυστάλλου και τον ρυθμό κρυστάλλωσης, να βελτιώσει περαιτέρω τη δομική ακεραιότητα και τη χημική καθαρότητα του κρυστάλλου και να διασφαλίσει ότι ο ενιαίος κρυστάλλινος καλλιεργητής 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 στον σχεδιασμό θερμικού πεδίου του εξοπλισμού SIC μονής κρυστάλλου

2.1 Ανομοιομορφία θερμικής αγωγιμότητας υλικών

Το SIC είναι ένα πολύ σημαντικό υλικό ημιαγωγών. Η θερμική αγωγιμότητά του έχει τα χαρακτηριστικά της σταθερότητας υψηλής θερμοκρασίας και της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας, αλλά η κατανομή της θερμικής αγωγιμότητας έχει ορισμένη μη ομοιομορφία. Στη διαδικασία της ανάπτυξης SIC μονής κρυστάλλων, προκειμένου να εξασφαλιστεί η ομοιομορφία και η ποιότητα της ανάπτυξης των κρυστάλλων, το θερμικό πεδίο πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια. Η μη ομοιομορφία της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών SIC θα οδηγήσει στην 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 μονής κρυστάλλου SIC υιοθετεί συνήθως μέθοδο απόθεσης φυσικού ατμού (PVT) ή μέθοδο μεταφοράς αερίου φάσης, η οποία απαιτεί τη διατήρηση ενός περιβάλλοντος υψηλής θερμοκρασίας στον θάλαμο ανάπτυξης και την πραγματοποίηση της ανάπτυξης κρυστάλλων ελέγχοντας με ακρίβεια την κατανομή της θερμοκρασίας. Η μη ομοιομορφία 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 κρυστάλλινα ελαττώματα ή μη ομοιόμορφη ποιότητα κρυστάλλων. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των SIC μεμονωμένων κρυστάλλων, είναι απαραίτητο να εκτελεστεί τρισδιάστατη δυναμική προσομοίωση και ανάλυση του θερμικού πεδίου προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα ο μεταβαλλόμενος νόμος της κατανομής της θερμοκρασίας και να βελτιστοποιηθεί ο σχεδιασμός με βάση τα αποτελέσματα προσομοίωσης. Λόγω της μη ομοιομορφίας της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών SIC, αυτές οι αναλύσεις προσομοίωσης μπορεί να επηρεαστούν από ένα ορισμένο βαθμό σφάλματος, επηρεάζοντας έτσι τον ακριβή σχεδιασμό ελέγχου και βελτιστοποίησης του θερμικού πεδίου.

2.2 Δυσκολία ρύθμισης της μεταφοράς στο εσωτερικό του εξοπλισμού

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των SIC μεμονωμένων κρυστάλλων, πρέπει να διατηρηθεί αυστηρός έλεγχος της θερμοκρασίας για να εξασφαλιστεί η ομοιομορφία και η καθαρότητα των κρυστάλλων. Το φαινόμενο μεταφοράς μέσα στον εξοπλισμό μπορεί να προκαλέσει τη μη ομοιομορφία του πεδίου θερμοκρασίας, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα των κρυστάλλων. Η μεταφορά συνήθως σχηματίζει κλίση θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα μια μη ομοιόμορφη δομή στην επιφάνεια του κρυστάλλου, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την απόδοση και την εφαρμογή των κρυστάλλων. Ο καλός έλεγχος μεταφοράς μπορεί να ρυθμίσει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της ροής αερίου, γεγονός που βοηθά στη μείωση της μη ομοιομορφίας της επιφάνειας κρυστάλλου και στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της ανάπτυξης. Η πολύπλοκη γεωμετρική δομή και η δυναμική του αερίου μέσα στον εξοπλισμό καθιστούν εξαιρετικά δύσκολο τον έλεγχο της μεταφοράς. Το περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας θα οδηγήσει σε μείωση της απόδοσης μεταφοράς θερμότητας και θα αυξήσει το σχηματισμό της κλίσης 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 μέσα στον εξοπλισμό, επηρεάζοντας έτσι τη σταθερότητα και τη δυνατότητα ελέγχου της μεταφοράς. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης μονής κρυστάλλου SIC έχει συνήθως πολύπλοκη δομή και πολλαπλούς μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, όπως μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας, μεταφορά θερμότητας μεταφοράς και αγωγιμότητα θερμότητας. Αυτοί οι μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας συνδυάζονται μεταξύ τους, καθιστώντας τη ρύθμιση της μεταφοράς πιο περίπλοκο, ειδικά όταν υπάρχουν διεργασίες μεταβολής ροής και μεταβολής φάσης μέσα στον εξοπλισμό, είναι πιο δύσκολο να μοντελοποιηθούν με ακρίβεια και να ελέγχουν τη μεταφορά.

3 Βασικά σημεία σχεδιασμού θερμικού πεδίου εξοπλισμού ανάπτυξης μονοκρυστάλλου SiC

3.1 Διανομή και έλεγχος ισχύος θέρμανσης

Στον σχεδιασμό του θερμικού πεδίου, ο τρόπος διανομής και η στρατηγική ελέγχου της ισχύος θέρμανσης πρέπει να προσδιορίζονται σύμφωνα με τις παραμέτρους της διαδικασίας και τις απαιτήσεις της ανάπτυξης των κρυστάλλων. Ο εξοπλισμός ανάπτυξης ενός κρυστάλλου SIC χρησιμοποιεί ράβδους θέρμανσης γραφίτη ή θερμοσίφωνες για θέρμανση. Η ομοιομορφία και η σταθερότητα του θερμικού πεδίου μπορούν να επιτευχθούν με το σχεδιασμό της διάταξης και της κατανομής ισχύος του θερμαντήρα. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των μονών κρυστάλλων SIC, η ομοιομορφία της θερμοκρασίας έχει σημαντική επίδραση στην ποιότητα του κρυστάλλου. Η κατανομή της ισχύος θέρμανσης θα πρέπει να είναι σε θέση να εξασφαλίσει την ομοιομορφία της θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο. Μέσω της αριθμητικής προσομοίωσης και της πειραματικής επαλήθευσης, μπορεί να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ ισχύος θέρμανσης και κατανομής θερμοκρασίας και στη συνέχεια το σχήμα κατανομής ισχύος θέρμανσης μπορεί να βελτιστοποιηθεί για να καταστεί η κατανομή της θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο πιο ομοιόμορφη και σταθερή. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των μεμονωμένων κρυστάλλων SIC, ο έλεγχος της ισχύος θέρμανσης θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτύχει ακριβή ρύθμιση και σταθερό έλεγχο της θερμοκρασίας. Οι αυτόματοι αλγόριθμοι ελέγχου όπως ο ελεγκτής PID ή ο ασαφής ελεγκτής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη ελέγχου κλειστού βρόχου της ισχύος θέρμανσης με βάση τα δεδομένα θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο που τροφοδοτούνται από αισθητήρες θερμοκρασίας για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα και η ομοιομορφία της θερμοκρασίας στο θερμικό πεδίο. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των SIC μεμονωμένων κρυστάλλων, το μέγεθος της ισχύος θέρμανσης θα επηρεάσει άμεσα τον ρυθμό ανάπτυξης των κρυστάλλων. Ο έλεγχος της ισχύος θέρμανσης θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτύχει ακριβή ρύθμιση του ρυθμού ανάπτυξης κρυστάλλων. Με την ανάλυση και την πειραματική επαλήθευση της σχέσης μεταξύ της ισχύος θέρμανσης και του ρυθμού ανάπτυξης κρυστάλλων, μπορεί να προσδιοριστεί μια λογική στρατηγική ελέγχου ισχύος θέρμανσης για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου του ρυθμού ανάπτυξης των κρυστάλλων. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του εξοπλισμού SIC ενιαίου κρυστάλλου, η σταθερότητα της ισχύος θέρμανσης έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ποιότητα της ανάπτυξης των κρυστάλλων. Απαιτείται σταθερός και αξιόπιστος εξοπλισμός θέρμανσης και συστήματα ελέγχου για να διασφαλιστεί η σταθερότητα και η αξιοπιστία της ισχύος θέρμανσης. Ο εξοπλισμός θέρμανσης πρέπει να συντηρείται και να εξυπηρετείται τακτικά για την έγκαιρη ανακάλυψη και επίλυση σφαλμάτων και προβλημάτων στον εξοπλισμό θέρμανσης για να εξασφαλιστεί η κανονική λειτουργία του εξοπλισμού και η σταθερή έξοδος της ισχύος θέρμανσης. Με ορθολογικά σχεδιασμό του συστήματος κατανομής ισχύος θέρμανσης, λαμβάνοντας υπόψη τη σχέση μεταξύ της ισχύος θέρμανσης και της κατανομής της θερμοκρασίας, την πραγματοποίηση ακριβούς ελέγχου της ισχύος θέρμανσης και τη διασφάλιση της σταθερότητας και της αξιοπιστίας της ισχύος θέρμανσης, Η αποτελεσματική βελτιωμένη και η πρόοδος και η ανάπτυξη της τεχνολογίας SIC μονής κρυστάλλου ανάπτυξης μπορεί να προωθηθεί.

3.2 Σχεδιασμός και ρύθμιση συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας

Πριν από το σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου της θερμοκρασίας, απαιτείται ανάλυση αριθμητικής προσομοίωσης για την προσομοίωση και τον υπολογισμό των διεργασιών μεταφοράς θερμότητας, όπως η αγωγιμότητα, η μεταφορά και η ακτινοβολία κατά την ανάπτυξη των μεμονωμένων κρυστάλλων SIC για να ληφθεί η κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας. Μέσω της πειραματικής επαλήθευσης, τα αποτελέσματα αριθμητικής προσομοίωσης διορθώνονται και ρυθμίζονται για να προσδιοριστούν οι παραμέτρους σχεδιασμού του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας, όπως η ισχύς θέρμανσης, η διάταξη της περιοχής θέρμανσης και η θέση του αισθητήρα θερμοκρασίας. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των SIC μεμονωμένων κρυστάλλων, η θέρμανση αντίστασης ή η επαγωγική θέρμανση χρησιμοποιείται συνήθως για θέρμανση. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα κατάλληλο στοιχείο θέρμανσης. Για θέρμανση αντίστασης, μπορεί να επιλεγεί ένα καλώδιο αντίστασης υψηλής θερμοκρασίας ή ένας κλίβανος αντίστασης ως στοιχείο θέρμανσης. Για θέρμανση επαγωγής, πρέπει να επιλεγεί ένα κατάλληλο πηνίο θέρμανσης επαγωγής ή επαγωγή θέρμανσης. Κατά την επιλογή ενός στοιχείου θέρμανσης, πρέπει να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως η απόδοση θέρμανσης, η ομοιομορφία θέρμανσης, η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και η επίδραση στη σταθερότητα του θερμικού πεδίου. Ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας πρέπει να εξετάσει όχι μόνο τη σταθερότητα και την ομοιομορφία της θερμοκρασίας, αλλά και την ακρίβεια ρύθμισης της θερμοκρασίας και την ταχύτητα απόκρισης. Είναι απαραίτητο να σχεδιάσουμε μια λογική στρατηγική ελέγχου θερμοκρασίας, όπως ο έλεγχος PID, ο ασαφής έλεγχος ή ο έλεγχος του νευρικού δικτύου, για να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος και ρύθμιση της θερμοκρασίας. Είναι επίσης απαραίτητο να σχεδιάσουμε ένα κατάλληλο σχήμα ρύθμισης θερμοκρασίας, όπως η ρύθμιση σύνδεσης πολλαπλών σημείων, η ρύθμιση τοπικής αντιστάθμισης ή η ρύθμιση της ανάδρασης, για να εξασφαλιστεί η ομοιόμορφη και σταθερή κατανομή θερμοκρασίας ολόκληρου του θερμικού πεδίου. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η ακριβής παρακολούθηση και ο έλεγχος της θερμοκρασίας κατά την ανάπτυξη των μονών κρυστάλλων SIC, είναι απαραίτητο να υιοθετηθούν προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης θερμοκρασίας και εξοπλισμός ελεγκτή. Μπορείτε να επιλέξετε αισθητήρες θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας, όπως θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις ή θερμοστιευτικά υπέρυθρων για την παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας σε κάθε περιοχή σε πραγματικό χρόνο και επιλέξτε εξοπλισμό θερμοκρασίας υψηλής απόδοσης, όπως ο ελεγκτής PLC (βλ. Εικόνα 1) ή DSP Controller , για να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος και ρύθμιση των στοιχείων θέρμανσης. Προσδιορίζοντας τις παραμέτρους σχεδιασμού που βασίζονται σε αριθμητικές μεθόδους προσομοίωσης και πειραματικής επαλήθευσης, επιλέγοντας κατάλληλες μεθόδους θέρμανσης και στοιχεία θέρμανσης, σχεδιάζοντας λογικές στρατηγικές ελέγχου θερμοκρασίας και συστήματα προσαρμογής και χρησιμοποιώντας προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης θερμοκρασίας και εξοπλισμό ελεγκτή, μπορείτε να επιτύχετε αποτελεσματικά ακριβή έλεγχο και προσαρμογή Η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των SIC μεμονωμένων κρυστάλλων και η βελτίωση της ποιότητας και της απόδοσης των μεμονωμένων κρυστάλλων.

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 κοινά 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 ισχύος επαγωγής θέρμανσης.

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 μονοκρυστάλλου.

3.4 Σχεδιασμός δομής φούρνου

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ανάπτυξη μονής κρυστάλλου SIC απαιτεί υψηλή θερμοκρασία, χημική αδράνεια και καλή θερμική αγωγιμότητα, το υλικό σώματος του κλιβάνου πρέπει να επιλέγεται από υλικά ανθεκτικά σε υψηλή θερμοκρασία και διάβρωση, όπως κεραμικά καρβιδίου πυριτίου (SIC), γραφίτη κλπ. Το υλικό SIC έχει εξαιρετική σταθερότητα υψηλής θερμοκρασίας και χημική αδράνεια και είναι ένα ιδανικό υλικό σώματος του κλιβάνου. Η επιφάνεια του εσωτερικού τοιχώματος του σώματος του κλιβάνου θα πρέπει να είναι ομαλή και ομοιόμορφη για να μειωθεί η θερμική ακτινοβολία και η αντοχή στη μεταφορά θερμότητας και να βελτιώσουν τη 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 της θερμοκρασίας. Μια κυλινδρική ή ορθογώνια δομή χρησιμοποιείται συνήθως για τη διευκόλυνση της ομοιόμορφης κατανομής και της σταθερότητας του θερμικού πεδίου. Τα βοηθητικά στοιχεία θέρμανσης, όπως τα πηνία θέρμανσης και οι αντιστάσεις, τοποθετούνται μέσα στον κλίβανο για να βελτιώσουν τη σταθερότητα της θερμοκρασίας και τη σταθερότητα του θερμικού πεδίου και να εξασφαλίσουν την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της ανάπτυξης ενός κρυστάλλου. Οι συνήθεις μέθοδοι θέρμανσης περιλαμβάνουν θέρμανση επαγωγής, θέρμανση αντίστασης και θέρμανση ακτινοβολίας. Στον εξοπλισμό ανάπτυξης μονής κρυστάλλου SIC, χρησιμοποιείται συχνά ένας συνδυασμός επαγωγικής θέρμανσης και θέρμανσης αντίστασης. Η θέρμανση επαγωγής χρησιμοποιείται κυρίως για ταχεία θέρμανση για τη βελτίωση της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας και της σταθερότητας του θερμικού πεδίου. Η θέρμανση αντίστασης χρησιμοποιείται για τη διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας και θερμοκρασίας για τη διατήρηση της σταθερότητας της διαδικασίας ανάπτυξης. Η θέρμανση ακτινοβολίας 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 σε άλλους τομείς, η ανάπτυξη της τεχνολογίας SIC ενιαίας κρυστάλλων θα γίνει ένας βασικός τομέας της επιστημονικής και τεχνολογικής καινοτομίας. Ως πυρήνας του εξοπλισμού SIC ενιαίου κρυστάλλου, ο σχεδιασμός του θερμικού πεδίου θα συνεχίσει να λαμβάνει εκτεταμένη προσοχή και εμπεριστατωμένη έρευνα. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης περιλαμβάνουν περαιτέρω τη βελτιστοποίηση της δομής του θερμικού πεδίου και του συστήματος ελέγχου για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής και της ποιότητας των μονών κρυστάλλων. διερεύνηση νέων υλικών και τεχνολογίας επεξεργασίας για τη βελτίωση της σταθερότητας και της ανθεκτικότητας του εξοπλισμού · και την ενσωμάτωση της έξυπνης τεχνολογίας για την επίτευξη αυτόματου ελέγχου και απομακρυσμένης παρακολούθησης του εξοπλισμού.