การออกแบบสนามความร้อนสำหรับการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

1 ความสำคัญของการออกแบบสนามความร้อนในอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

ผลึกเดี่ยว SiC เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการใช้งานที่อุณหภูมิสูง การออกแบบสนามความร้อนส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการตกผลึก ความสม่ำเสมอ และการควบคุมสิ่งเจือปนของคริสตัล และมีอิทธิพลชี้ขาดต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC คุณภาพของผลึกเดี่ยว SiC ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในการผลิตอุปกรณ์ ด้วยการออกแบบสนามความร้อนอย่างมีเหตุผล จึงสามารถบรรลุความสม่ำเสมอของการกระจายอุณหภูมิระหว่างการเติบโตของผลึก ความเครียดจากความร้อนและการไล่ระดับความร้อนในคริสตัลสามารถหลีกเลี่ยงได้ ซึ่งช่วยลดอัตราการก่อตัวของข้อบกพร่องของคริสตัล การออกแบบสนามความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมยังสามารถปรับปรุงคุณภาพของหน้าคริสตัลและอัตราการตกผลึก ปรับปรุงความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความบริสุทธิ์ทางเคมีของคริสตัลให้ดียิ่งขึ้น และช่วยให้แน่ใจว่าผลึกเดี่ยว SiC ที่เติบโตนั้นมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางแสงที่ดี

อัตราการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนการผลิตและกำลังการผลิต การออกแบบสนามความร้อนอย่างมีเหตุผล ทำให้การไล่ระดับอุณหภูมิและการกระจายความร้อนในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโตของผลึกสามารถปรับให้เหมาะสมได้ และสามารถปรับปรุงอัตราการเติบโตของคริสตัลและอัตราการใช้ประโยชน์ที่มีประสิทธิภาพของพื้นที่การเติบโตได้ การออกแบบสนามความร้อนยังสามารถลดการสูญเสียพลังงานและการสิ้นเปลืองวัสดุในระหว่างกระบวนการเติบโต ลดต้นทุนการผลิต และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ซึ่งจะเป็นการเพิ่มผลผลิตของผลึกเดี่ยว SiC อุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักจะต้องใช้ระบบจ่ายพลังงานและระบบทำความเย็นจำนวนมาก และการออกแบบสนามความร้อนอย่างมีเหตุผลสามารถลดการใช้พลังงาน ลดการใช้พลังงาน และการปล่อยมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยการปรับโครงสร้างสนามความร้อนและเส้นทางการไหลของความร้อนให้เหมาะสม จะทำให้สามารถเพิ่มพลังงานได้สูงสุด และความร้อนเหลือทิ้งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม

2 ความยากในการออกแบบสนามความร้อนของอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

2.1 ค่าการนำความร้อนของวัสดุไม่สม่ำเสมอ

SiC เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญมาก การนำความร้อนมีลักษณะของความเสถียรที่อุณหภูมิสูงและการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม แต่การกระจายตัวของการนำความร้อนมีความไม่สม่ำเสมอ ในกระบวนการการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอและคุณภาพของการเติบโตของผลึก สนามความร้อนจำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ การนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของวัสดุ SiC จะทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการกระจายสนามความร้อน ซึ่งจะส่งผลต่อความสม่ำเสมอและคุณภาพของการเติบโตของผลึก อุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักจะใช้วิธีการสะสมไอทางกายภาพ (PVT) หรือวิธีการขนส่งเฟสก๊าซ ซึ่งจำเป็นต้องรักษาสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงในห้องเจริญเติบโตและตระหนักถึงการเติบโตของคริสตัลโดยการควบคุมการกระจายของอุณหภูมิอย่างแม่นยำ การนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของวัสดุ SiC จะนำไปสู่การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอในห้องเจริญเติบโต ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการเจริญเติบโตของผลึก ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องของผลึกหรือคุณภาพของผลึกที่ไม่สม่ำเสมอ ในระหว่างการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC จำเป็นต้องทำการจำลองไดนามิกสามมิติและการวิเคราะห์สนามความร้อน เพื่อให้เข้าใจกฎการกระจายอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงได้ดีขึ้น และปรับการออกแบบตามผลการจำลองให้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากค่าการนำความร้อนของวัสดุ SiC มีความไม่สม่ำเสมอ การวิเคราะห์การจำลองเหล่านี้จึงอาจได้รับผลกระทบจากข้อผิดพลาดระดับหนึ่ง ซึ่งส่งผลต่อการควบคุมที่แม่นยำและการออกแบบสนามความร้อนให้เหมาะสมที่สุด

2.2 ความยากในการควบคุมการพาความร้อนภายในอุปกรณ์

ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC จำเป็นต้องรักษาการควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอและความบริสุทธิ์ของผลึก ปรากฏการณ์การพาความร้อนภายในอุปกรณ์อาจทำให้สนามอุณหภูมิไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของผลึก การพาความร้อนมักจะก่อให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิ ส่งผลให้โครงสร้างบนพื้นผิวคริสตัลไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและการใช้งานของคริสตัลในทางกลับกัน การควบคุมการพาความร้อนที่ดีสามารถปรับความเร็วและทิศทางการไหลของก๊าซ ซึ่งช่วยลดความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวคริสตัลและปรับปรุงประสิทธิภาพการเติบโต โครงสร้างทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนและกระบวนการไดนามิกของก๊าซภายในอุปกรณ์ทำให้การควบคุมการพาความร้อนอย่างแม่นยำเป็นเรื่องยากมาก สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงจะส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลดลง และเพิ่มการก่อตัวของการไล่ระดับอุณหภูมิภายในอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลต่อความสม่ำเสมอและคุณภาพของการเติบโตของคริสตัล ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนบางชนิดอาจส่งผลต่อวัสดุและองค์ประกอบการถ่ายเทความร้อนภายในอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลต่อความเสถียรและการควบคุมการพาความร้อน อุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีกลไกการถ่ายเทความร้อนหลายอย่าง เช่น การถ่ายเทความร้อนด้วยรังสี การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน และการนำความร้อน กลไกการถ่ายเทความร้อนเหล่านี้ทำงานควบคู่กัน ทำให้การควบคุมการพาความร้อนมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีกระบวนการไหลแบบหลายเฟสและกระบวนการเปลี่ยนเฟสภายในอุปกรณ์ การสร้างแบบจำลองและควบคุมการพาความร้อนที่แม่นยำจะทำได้ยากยิ่งขึ้น

ประเด็นสำคัญ 3 ประการของการออกแบบสนามความร้อนของอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

3.1 การกระจายและการควบคุมพลังงานความร้อน

ในการออกแบบสนามความร้อน ควรกำหนดโหมดการกระจายและกลยุทธ์การควบคุมพลังงานความร้อนตามพารามิเตอร์กระบวนการและข้อกำหนดของการเติบโตของคริสตัล อุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ใช้แท่งทำความร้อนกราไฟท์หรือเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเพื่อให้ความร้อน ความสม่ำเสมอและความเสถียรของสนามความร้อนสามารถทำได้โดยการออกแบบโครงร่างและการกระจายพลังงานของเครื่องทำความร้อน ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิมีอิทธิพลสำคัญต่อคุณภาพของคริสตัล การกระจายพลังงานความร้อนควรจะสามารถรับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในสนามความร้อน ด้วยการจำลองเชิงตัวเลขและการตรวจสอบเชิงทดลอง จึงสามารถกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อนและการกระจายอุณหภูมิได้ จากนั้นจึงสามารถปรับแผนการกระจายพลังงานความร้อนให้เหมาะสมเพื่อทำให้การกระจายอุณหภูมิในสนามความร้อนมีความสม่ำเสมอและมีเสถียรภาพมากขึ้น ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC การควบคุมพลังงานความร้อนควรจะสามารถบรรลุการควบคุมที่แม่นยำและการควบคุมอุณหภูมิที่เสถียร อัลกอริธึมการควบคุมอัตโนมัติ เช่น ตัวควบคุม PID หรือตัวควบคุมฟัซซี่สามารถใช้เพื่อควบคุมพลังงานความร้อนแบบวงปิดโดยอิงตามข้อมูลอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ที่ป้อนกลับโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในสนามความร้อน ในระหว่างการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ขนาดของพลังงานความร้อนจะส่งผลโดยตรงต่ออัตราการเติบโตของผลึก การควบคุมพลังงานความร้อนควรจะสามารถบรรลุการควบคุมอัตราการเติบโตของผลึกได้อย่างแม่นยำ ด้วยการวิเคราะห์และทดลองตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อนและอัตราการเติบโตของคริสตัล จึงสามารถกำหนดกลยุทธ์การควบคุมพลังงานความร้อนที่เหมาะสมเพื่อให้บรรลุการควบคุมอัตราการเติบโตของคริสตัลได้อย่างแม่นยำ ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ความเสถียรของพลังงานความร้อนมีผลกระทบสำคัญต่อคุณภาพของการเติบโตของผลึก จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ทำความร้อนและระบบควบคุมที่เสถียรและเชื่อถือได้เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือของพลังงานความร้อน อุปกรณ์ทำความร้อนจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาและซ่อมบำรุงอย่างสม่ำเสมอ เพื่อค้นหาและแก้ไขข้อผิดพลาดและปัญหาในอุปกรณ์ทำความร้อนได้ทันท่วงที เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์ทำงานได้ตามปกติและกำลังทำความร้อนที่เสถียร ด้วยการออกแบบแผนการกระจายพลังงานความร้อนอย่างมีเหตุผล โดยพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อนและการกระจายอุณหภูมิ ตระหนักถึงการควบคุมพลังงานความร้อนที่แม่นยำ และรับประกันความเสถียรและความน่าเชื่อถือของพลังงานความร้อน ประสิทธิภาพการเติบโตและคุณภาพคริสตัลของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC สามารถทำได้ ปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพและสามารถส่งเสริมความก้าวหน้าและการพัฒนาเทคโนโลยีการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC

3.2 การออกแบบและการปรับระบบควบคุมอุณหภูมิ

ก่อนออกแบบระบบควบคุมอุณหภูมิ จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การจำลองเชิงตัวเลขเพื่อจำลองและคำนวณกระบวนการถ่ายเทความร้อน เช่น การนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC เพื่อให้ได้การกระจายตัวของสนามอุณหภูมิ จากการตรวจสอบเชิงทดลอง ผลการจำลองเชิงตัวเลขจะได้รับการแก้ไขและปรับเพื่อกำหนดพารามิเตอร์การออกแบบของระบบควบคุมอุณหภูมิ เช่น พลังงานความร้อน เค้าโครงพื้นที่ทำความร้อน และตำแหน่งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักใช้การให้ความร้อนด้วยความต้านทานหรือการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำเพื่อให้ความร้อน จำเป็นต้องเลือกองค์ประกอบความร้อนที่เหมาะสม สำหรับการทำความร้อนด้วยความต้านทาน สามารถเลือกลวดต้านทานอุณหภูมิสูงหรือเตาต้านทานเป็นองค์ประกอบความร้อนได้ สำหรับการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ จำเป็นต้องเลือกขดลวดทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำหรือแผ่นทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำที่เหมาะสม เมื่อเลือกองค์ประกอบความร้อน จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพการทำความร้อน ความสม่ำเสมอในการทำความร้อน ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง และผลกระทบต่อเสถียรภาพของสนามความร้อน การออกแบบระบบควบคุมอุณหภูมิต้องคำนึงถึงไม่เพียงแต่ความเสถียรและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงความแม่นยำในการปรับอุณหภูมิและความเร็วในการตอบสนองด้วย จำเป็นต้องออกแบบกลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสม เช่น การควบคุม PID การควบคุมแบบคลุมเครือ หรือการควบคุมโครงข่ายประสาทเทียม เพื่อให้สามารถควบคุมและปรับอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องออกแบบรูปแบบการปรับอุณหภูมิที่เหมาะสม เช่น การปรับการเชื่อมโยงแบบหลายจุด การปรับการชดเชยเฉพาะที่ หรือการปรับค่าป้อนกลับ เพื่อให้แน่ใจถึงการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและเสถียรของสนามความร้อนทั้งหมด เพื่อให้เกิดการตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC จำเป็นต้องนำเทคโนโลยีการตรวจจับอุณหภูมิขั้นสูงและอุปกรณ์ควบคุมมาใช้ คุณสามารถเลือกเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูง เช่น เทอร์โมคัปเปิล ตัวต้านทานความร้อน หรือเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในแต่ละพื้นที่แบบเรียลไทม์ และเลือกอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิประสิทธิภาพสูง เช่น ตัวควบคุม PLC (ดูรูปที่ 1) หรือตัวควบคุม DSP เพื่อให้สามารถควบคุมและปรับองค์ประกอบความร้อนได้อย่างแม่นยำ ด้วยการกำหนดพารามิเตอร์การออกแบบตามการจำลองเชิงตัวเลขและวิธีการตรวจสอบเชิงทดลอง การเลือกวิธีการทำความร้อนและองค์ประกอบความร้อนที่เหมาะสม การออกแบบกลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิและแผนการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสม และการใช้เทคโนโลยีการตรวจจับอุณหภูมิขั้นสูงและอุปกรณ์ควบคุม คุณสามารถบรรลุการควบคุมและการปรับที่แม่นยำได้อย่างมีประสิทธิภาพ อุณหภูมิในระหว่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC และปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของผลึกเดี่ยว

3.3 การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ

การสร้างแบบจำลองที่แม่นยำเป็นพื้นฐานสำหรับการจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) อุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักจะประกอบด้วยเตากราไฟท์ ระบบทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ เบ้าหลอม ก๊าซป้องกัน ฯลฯ ในกระบวนการสร้างแบบจำลอง จำเป็นต้องพิจารณาความซับซ้อนของโครงสร้างเตาเผา ลักษณะของวิธีการทำความร้อน และอิทธิพลของการเคลื่อนที่ของวัสดุต่อสนามการไหล การสร้างแบบจำลองสามมิติใช้เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของเตาเผา ถ้วยใส่ตัวอย่าง ขดลวดเหนี่ยวนำ ฯลฯ ขึ้นใหม่อย่างแม่นยำ และพิจารณาพารามิเตอร์ทางกายภาพทางความร้อนและเงื่อนไขขอบเขตของวัสดุ เช่น พลังงานความร้อนและอัตราการไหลของก๊าซ

ในการจำลอง CFD วิธีตัวเลขที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธีไฟไนต์วอลุ่ม (FVM) และวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะของอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC โดยทั่วไปจะใช้วิธี FVM เพื่อแก้สมการการไหลของของไหลและการนำความร้อน ในแง่ของการประกบกัน จำเป็นต้องให้ความสนใจกับการแบ่งย่อยพื้นที่สำคัญ เช่น พื้นผิวเบ้าหลอมกราไฟท์ และพื้นที่การเติบโตของผลึกเดี่ยว เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำของผลการจำลอง กระบวนการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางกายภาพที่หลากหลาย เช่น การนำความร้อน การถ่ายเทความร้อนด้วยรังสี การเคลื่อนที่ของของไหล ฯลฯ ตามสถานการณ์จริง จะมีการเลือกแบบจำลองทางกายภาพและเงื่อนไขขอบเขตที่เหมาะสมสำหรับการจำลอง ตัวอย่างเช่น เมื่อพิจารณาการนำความร้อนและการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีระหว่างเบ้าหลอมกราไฟท์และผลึกเดี่ยว SiC จำเป็นต้องกำหนดเงื่อนไขขอบเขตการถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสม เมื่อพิจารณาถึงอิทธิพลของการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำต่อการเคลื่อนที่ของของไหล จำเป็นต้องพิจารณาเงื่อนไขขอบเขตของพลังงานความร้อนแบบเหนี่ยวนำ

ก่อนการจำลอง CFD จำเป็นต้องตั้งค่าขั้นตอนเวลาการจำลอง เกณฑ์การลู่เข้า และพารามิเตอร์อื่นๆ และทำการคำนวณ ในระหว่างกระบวนการจำลอง จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและการลู่เข้าของผลลัพธ์การจำลอง และหลังการประมวลผลผลลัพธ์การจำลอง เช่น การกระจายของสนามอุณหภูมิ การกระจายความเร็วของของไหล ฯลฯ เพื่อการวิเคราะห์และการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม . ความถูกต้องของผลการจำลองได้รับการตรวจสอบโดยการเปรียบเทียบกับการกระจายตัวของสนามอุณหภูมิ คุณภาพผลึกเดี่ยว และข้อมูลอื่นๆ ในกระบวนการเติบโตจริง จากผลการจำลอง โครงสร้างเตาเผา วิธีการให้ความร้อน และด้านอื่นๆ ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเติบโตและคุณภาพผลึกเดี่ยวของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC การจำลอง CFD ของการออกแบบสนามความร้อนของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ประกอบด้วยการสร้างแบบจำลองที่แม่นยำ การเลือกวิธีการเชิงตัวเลขและการเชื่อมโยงที่เหมาะสม การกำหนดแบบจำลองทางกายภาพและเงื่อนไขขอบเขต การตั้งค่าและการคำนวณพารามิเตอร์การจำลอง ตลอดจนการตรวจสอบและปรับผลลัพธ์การจำลองให้เหมาะสม การจำลอง CFD ทางวิทยาศาสตร์และสมเหตุสมผลสามารถให้ข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC และปรับปรุงประสิทธิภาพการเติบโตและคุณภาพของผลึกเดี่ยว

3.4 การออกแบบโครงสร้างเตา

เมื่อพิจารณาว่าการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ต้องใช้อุณหภูมิสูง ความเฉื่อยทางเคมี และการนำความร้อนที่ดี จึงควรเลือกวัสดุตัวเตาหลอมจากวัสดุที่มีอุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อน เช่น เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) กราไฟท์ ฯลฯ วัสดุ SiC มีความเป็นเลิศ ความเสถียรที่อุณหภูมิสูงและความเฉื่อยทางเคมีและเป็นวัสดุตัวเตาในอุดมคติ พื้นผิวผนังด้านในของตัวเตาควรเรียบและสม่ำเสมอเพื่อลดการแผ่รังสีความร้อนและความต้านทานการถ่ายเทความร้อนและปรับปรุงความเสถียรของสนามความร้อน โครงสร้างเตาเผาควรเรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยมีชั้นโครงสร้างน้อยลง เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดจากความร้อนและการไล่ระดับอุณหภูมิที่มากเกินไป โดยทั่วไปจะใช้โครงสร้างทรงกระบอกหรือสี่เหลี่ยมเพื่อช่วยให้การกระจายตัวสม่ำเสมอและความเสถียรของสนามความร้อน องค์ประกอบความร้อนเสริม เช่น คอยล์ทำความร้อนและตัวต้านทานถูกติดตั้งไว้ภายในเตาเผาเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิและความเสถียรของสนามความร้อน และรับประกันคุณภาพและประสิทธิภาพของการเติบโตของผลึกเดี่ยว วิธีการทำความร้อนทั่วไป ได้แก่ การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ การทำความร้อนแบบต้านทาน และการทำความร้อนแบบแผ่รังสี ในอุปกรณ์การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC มักใช้การผสมผสานระหว่างการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำและการให้ความร้อนแบบต้านทาน การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการทำความร้อนอย่างรวดเร็วเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิและความเสถียรของสนามความร้อน การให้ความร้อนแบบต้านทานใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิและการไล่ระดับอุณหภูมิให้คงที่เพื่อรักษาเสถียรภาพของกระบวนการเติบโต การให้ความร้อนด้วยรังสีสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิภายในเตาเผาได้ แต่โดยปกติจะใช้เป็นวิธีทำความร้อนเสริม

4 บทสรุป

ด้วยความต้องการวัสดุ SiC ที่เพิ่มมากขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ การพัฒนาเทคโนโลยีการเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC จะกลายเป็นส่วนสำคัญของนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ในฐานะที่เป็นแกนหลักของอุปกรณ์การเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC การออกแบบสนามความร้อนจะยังคงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางและการวิจัยเชิงลึก ทิศทางการพัฒนาในอนาคตรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างสนามความร้อนและระบบควบคุมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพผลึกเดี่ยว สำรวจวัสดุและเทคโนโลยีการประมวลผลใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพและความทนทานของอุปกรณ์ และบูรณาการเทคโนโลยีอัจฉริยะเพื่อให้เกิดการควบคุมอัตโนมัติและการตรวจสอบอุปกรณ์จากระยะไกล