מהן שש המערכות של תנור גביש יחיד

תנור גביש יחיד הוא מכשיר המשתמש בתנור גרפיטלהמיס חומרי סיליקון פוליקריסטליים בסביבת גז אינרטי (ארגון) ומשתמש בשיטת צ'וכרלסקי לגידול גבישים יחידים שאינם מנותקים. הוא מורכב בעיקר מהמערכות הבאות:

מערכת תמסורת מכנית

מערכת ההולכה המכנית היא מערכת ההפעלה הבסיסית של תנור הגביש החד-יחיד, האחראית בעיקר על בקרת תנועת הגבישים.כורי היתוך, כולל הרמה וסיבוב של גבישי זרעים והרמה וסיבוב שלכורי היתוךהיא יכולה להתאים במדויק פרמטרים כגון מיקום, מהירות וזווית סיבוב של גבישים וכורי היתוך כדי להבטיח התקדמות חלקה של תהליך גידול הגביש. לדוגמה, בשלבי גידול גבישים שונים כגון זריעה, צווארון, כתפיים, גידול בקוטר שווה וזרימה, יש לשלוט במדויק בתנועת גבישי הזרעים וכורי היתוך על ידי מערכת זו כדי לעמוד בדרישות התהליך של גידול גבישים.

מערכת בקרת טמפרטורת חימום

זוהי אחת ממערכות הליבה של תנור גביש יחיד, המשמשת לייצור חום ולשליטה מדויקת בטמפרטורה בתנור. היא מורכבת בעיקר מרכיבים כגון תנורי חימום, חיישני טמפרטורה ובקרי טמפרטורה. התנור עשוי בדרך כלל מחומרים כגון גרפיט טוהר גבוה. לאחר שהזרם החילופין עובר טרנספורמציה והפחתה כדי להגדיל את הזרם, התנור מייצר חום כדי להמיס חומרים פוליקריסטליים כגון פוליסיליקון בכור ההיתוך. חיישן הטמפרטורה עוקב אחר שינויי הטמפרטורה בתנור בזמן אמת ומשדר את אות הטמפרטורה לבקר הטמפרטורה. בקר הטמפרטורה שולט במדויק בהספק החימום בהתאם לפרמטרי הטמפרטורה שנקבעו ולאות טמפרטורת המשוב, ובכך שומר על יציבות הטמפרטורה בתנור ומספק סביבת טמפרטורה מתאימה לצמיחת גבישים.

מערכת ואקום

התפקיד העיקרי של מערכת הוואקום הוא ליצור ולשמור על סביבת ואקום בכבשן במהלך תהליך גידול הגביש. האוויר וגזי הטומאה בכבשן נשאבים באמצעות משאבות ואקום וציוד אחר כדי לגרום ללחץ הגז בכבשן להגיע לרמה נמוכה ביותר, בדרך כלל מתחת ל-5 TOR (torr). זה יכול למנוע את חמצון חומר הסיליקון בטמפרטורות גבוהות ולהבטיח את טוהר ואיכות גידול הגביש. יחד עם זאת, סביבת הוואקום תורמת גם להסרת זיהומים נדיפים הנוצרים במהלך תהליך גידול הגביש ולשיפור איכות הגביש.

מערכת ארגון

מערכת הארגון ממלאת תפקיד בהגנה ובוויסות הלחץ בכבשן בתנור גביש יחיד. לאחר השאיבה, גז ארגון בעל טוהר גבוה (טוהר חייב להיות מעל 6 9) ממולא לתוך הכבשן. מצד אחד, הוא יכול למנוע כניסת אוויר חיצוני לכבשן ולמנוע חמצון של חומרי סיליקון; מצד שני, מילוי גז ארגון יכול לשמור על לחץ יציב בכבשן ולספק סביבת לחץ מתאימה לצמיחת גבישים. בנוסף, זרימת גז הארגון יכולה גם לסלק את החום הנוצר במהלך תהליך צמיחת הגביש, ובכך למלא תפקיד קירור מסוים.

מערכת קירור מים

תפקידה של מערכת קירור המים הוא לקרר את הרכיבים השונים בטמפרטורה גבוהה של תנור הגביש החד-יחיד כדי להבטיח את הפעולה התקינה ואת חיי השירות של הציוד. במהלך פעולת תנור הגביש החד-יחיד, החימום,מַצרֵף, אלקטרודה ורכיבים אחרים ייצרו חום רב. אם לא יקוררו אותם בזמן, הציוד יתחמם יתר על המידה, יתעוות או אפילו יינזק. מערכת קירור המים מסלקת את החום של רכיבים אלה על ידי סירקולציה של מי קירור כדי לשמור על טמפרטורת הציוד בטווח בטוח. במקביל, מערכת קירור המים יכולה גם לסייע בהתאמת הטמפרטורה בכבשן כדי לשפר את דיוק בקרת הטמפרטורה.

מערכת בקרה חשמלית

מערכת הבקרה החשמלית היא "המוח" של תנור הגביש החד-יחיד, האחראית על ניטור ובקרה של פעולת הציוד כולו. היא יכולה לקבל אותות מחיישנים שונים, כגון חיישני טמפרטורה, חיישני לחץ, חיישני מיקום וכו', ולתאם ולשלוט במערכת ההולכה המכנית, מערכת בקרת טמפרטורת החימום, מערכת הוואקום, מערכת הארגון ומערכת קירור המים על סמך אותות אלה. לדוגמה, במהלך תהליך צמיחת הגביש, מערכת הבקרה החשמלית יכולה להתאים אוטומטית את עוצמת החימום בהתאם לאות הטמפרטורה המועבר מחיישן הטמפרטורה; בהתאם לצמיחת הגביש, היא יכולה לשלוט במהירות התנועה ובזווית הסיבוב של גביש הזרעים והכור. במקביל, למערכת הבקרה החשמלית יש גם פונקציות אבחון תקלות ואזעקה, שיכולות לזהות מצבים חריגים של הציוד בזמן ולהבטיח את הפעולה הבטוחה של הציוד.