Un forno monocristallino è un dispositivo che utilizza unriscaldatore in grafitefonde materiali di silicio policristallino in un ambiente di gas inerte (argon) e utilizza il metodo Czochralski per far crescere monocristalli non dislocati. È composto principalmente dai seguenti sistemi:
Sistema di trasmissione meccanica
Il sistema di trasmissione meccanica è il sistema operativo di base del forno monocristallino, che è principalmente responsabile del controllo del movimento dei cristalli ecrogioli, compreso il sollevamento e la rotazione dei cristalli seme e il sollevamento e la rotazione dicrogioliPuò regolare con precisione parametri come la posizione, la velocità e l'angolo di rotazione di cristalli e crogioli per garantire il regolare avanzamento del processo di crescita dei cristalli. Ad esempio, nelle diverse fasi di crescita dei cristalli come l'inseminazione, la formazione di strizioni, la formazione di spalle, la crescita a diametro uniforme e la formazione di code, il movimento dei cristalli di inseminazione e dei crogioli deve essere controllato con precisione da questo sistema per soddisfare i requisiti di processo della crescita dei cristalli.
Sistema di controllo della temperatura di riscaldamento
Questo è uno dei sistemi principali del forno a cristallo singolo, utilizzato per generare calore e controllare accuratamente la temperatura al suo interno. È composto principalmente da componenti quali riscaldatori, sensori di temperatura e termoregolatori. Il riscaldatore è solitamente realizzato con materiali come la grafite ad alta purezza. Dopo che la corrente alternata viene trasformata e ridotta per aumentarla, il riscaldatore genera calore per fondere materiali policristallini come il polisilicio nel crogiolo. Il sensore di temperatura monitora in tempo reale le variazioni di temperatura nel forno e trasmette il segnale di temperatura al termoregolatore. Il termoregolatore controlla accuratamente la potenza di riscaldamento in base ai parametri di temperatura impostati e al segnale di feedback, mantenendo così la stabilità della temperatura nel forno e creando un ambiente termico idoneo alla crescita dei cristalli.
Sistema di vuoto
La funzione principale del sistema a vuoto è quella di creare e mantenere un ambiente di vuoto nel forno durante il processo di crescita dei cristalli. L'aria e le impurità gassose presenti nel forno vengono aspirate tramite pompe a vuoto e altre apparecchiature per abbassare la pressione del gas nel forno a un livello estremamente basso, generalmente inferiore a 5 TOR (torr). Ciò può impedire l'ossidazione del silicio ad alte temperature e garantire la purezza e la qualità della crescita dei cristalli. Allo stesso tempo, l'ambiente sotto vuoto favorisce anche la rimozione delle impurità volatili generate durante il processo di crescita dei cristalli, migliorandone la qualità.
Sistema ad argon
Il sistema ad argon svolge un ruolo importante nella protezione e nella regolazione della pressione nel forno per cristalli singoli. Dopo il vuoto, il forno viene riempito con gas argon ad alta purezza (la cui purezza deve essere superiore a 6,9). Da un lato, impedisce l'ingresso di aria esterna nel forno e previene l'ossidazione dei materiali in silicio; dall'altro, il riempimento con gas argon mantiene stabile la pressione nel forno e crea un ambiente di pressione idoneo alla crescita dei cristalli. Inoltre, il flusso di gas argon può anche dissipare il calore generato durante il processo di crescita dei cristalli, svolgendo una certa funzione di raffreddamento.
Sistema di raffreddamento ad acqua
La funzione del sistema di raffreddamento ad acqua è quella di raffreddare i vari componenti ad alta temperatura del forno a cristallo singolo per garantire il normale funzionamento e la durata dell'apparecchiatura. Durante il funzionamento del forno a cristallo singolo, il riscaldatore,crogiolo, elettrodi e altri componenti generano molto calore. Se non vengono raffreddati in tempo, l'apparecchiatura si surriscalderà, si deformerà o addirittura si danneggerà. Il sistema di raffreddamento ad acqua dissipa il calore di questi componenti facendo circolare l'acqua di raffreddamento per mantenere la temperatura dell'apparecchiatura entro un intervallo di sicurezza. Allo stesso tempo, il sistema di raffreddamento ad acqua può anche contribuire a regolare la temperatura nel forno per migliorare la precisione del controllo della temperatura.
Sistema di controllo elettrico
Il sistema di controllo elettrico è il "cervello" del forno a cristallo singolo, responsabile del monitoraggio e del controllo del funzionamento dell'intera apparecchiatura. Può ricevere segnali da diversi sensori, come sensori di temperatura, sensori di pressione, sensori di posizione, ecc., e coordinare e controllare il sistema di trasmissione meccanica, il sistema di controllo della temperatura di riscaldamento, il sistema del vuoto, il sistema ad argon e il sistema di raffreddamento ad acqua sulla base di questi segnali. Ad esempio, durante il processo di crescita dei cristalli, il sistema di controllo elettrico può regolare automaticamente la potenza di riscaldamento in base al segnale di temperatura inviato dal sensore di temperatura; in base alla crescita del cristallo, può controllare la velocità di movimento e l'angolo di rotazione del cristallo di innesco e del crogiolo. Allo stesso tempo, il sistema di controllo elettrico dispone anche di funzioni di diagnosi dei guasti e di allarme, in grado di rilevare tempestivamente condizioni anomale dell'apparecchiatura e garantirne il funzionamento sicuro.
Data di pubblicazione: 23 settembre 2024