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drg1984

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奋斗

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[交流] 晶体生长工艺讨论已有3人参与

晶体生长过程中，到底是哪个因素或哪几个因素决定了晶体的质量。

加工一个零件，我们要去监视它的尺寸，焊一个电路板，我们要去监视炉子的温度。那么生长一根晶体，我们到底需要去控制什么、监视什么参数？是温度？拉速？转速？还是功率？

晶体结晶是个准静态的热平衡过程，如果控制温度始终在熔点，材料从熔体变成固体过程放出的热量始终等于系统散发出去的热量减去电源提供的热量，那么在时间轴上，满足条件的△t越小，晶体生长越理想。我们设计温场是为了什么？就是为了获得既定大小的晶体前提下，来满足上述条件。

那么我们需要关注的就是能量传输，让能量传输尽量平稳。在某一△t，晶体生长放出的热量等于晶体焓*单位时间内晶体生长的量，让这个放出的能量加上电源提供的能量顺利的被系统均匀的带走，只有这样才能让系统温度始终保持在材料熔点位置。那么可以通过监视固液界面的温度达到控制的目的，通过调控电源功率，达到固液界面温度恒定的目的。

晶体生长过程能量传输的三个部分：

第一、在既定的尺寸下，晶体生长放出的热量，取决于材料的焓变和单位时间的生长量；

第二、系统散热，决定于晶体的热导和温场；

第三、共给功率，电源提供能量的稳定性。

对于一个需要生长的晶体，焓变和热导率是由材料本身属性决定，我们需要考虑的是单位时间内晶体生长的量和温场，功率是我们调控的手段。

单位时间内晶体生长的量，在坩埚尺寸远大于晶体尺寸时，可以近似用提拉速度×晶体生长面面积×密度表达，在坩埚尺寸接近与晶体尺寸的时候（例如泡生法）应考虑液面下降的量。

温场是我们设计来平衡这个系统热量传递过程的最重要因素，它必须考虑材料所能承受的最大温度梯度。温场和单位时间内晶体生长的量是晶体生长过程两个关键性参数，在一个选定的材料，单位时间内晶体生长的量决定了晶体结晶所释放的热量，温场决定了晶体结晶释放的热量如何通过系统传输出去；反之，温场决定了系统能量的传输状况，从而也制约了单位时间内晶体生长的量。

对于转速，它只是温场设计不完美的一个补救措施，是适当弥补温场不对称和生长界面形状不合适的手段。

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