一，回收二手长晶炉和工作原理

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定向凝固炉长晶原理及其电源 1、固相形成的驱动力 G = H-TS 两相平衡的条件是 ΔG =0 或 Gliquid = Gsolid HL-TSL = HS -TSS 则 ΔH = TΔS 在熔点 Tc，有 ΔSC=ΔH/TC ΔG = ΔH-TΔSC =ΔH-TΔH/TC = ΔH（1- T/TC） 引入 ΔT = TC - T 称为“过冷度” ，有 ΔG =ΔH·ΔT/TC ΔH 称为相变潜热，对于给定物质，具有定值。 可以看出，对 T＜TC 的情况，GL＞GS 相变将向晶态方向进行，所 以熔体中固相形成的驱动力 ΔG 依赖于过冷度。 2、成核 ①均匀成核 晶核在亚稳相中形成时，可把体系的吉布斯自由能变化看成两 项：新相形成时体系自由能的变化（ΔGV＜0） ；以及新相形成时新相 与旧相界面的表面能（ΔGS＞0） 。 设球形晶核：ΔG =－（4π/3）r3ΔG0v ＋4πr2ΔG0s -------（1） 达到平衡时 dG／dr = 0，得核化条件：2ΔG0s- rΔG0v = 0 可得晶核稳定存在的临界半径 rC = 2ΔG0s／ΔG0v -----------------（2） 将（2）带入（1）得：ΔGmax = 16/3·π（ΔG0s）3/（ΔG0v）2 =ΔGc PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试（图一） r＞rC 时，ΔG 下降，晶核才稳定存在，影响成核的外因主要是过 冷度。 ②非均匀成核 （图二） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" ΔGc′ = ΔGcf（θ） f（θ）= （1-cosθ）2（2 + cosθ）/4 当θ＜180°，－1＜ cosθ＜1 时，ΔGc′＜ΔGc，这意味着在基 底平面上形成晶核时所需要的形成功小于在自由空间形成球形晶核 所需要的形成功，也即是说，非均匀核化比均匀核化易实现。 定向凝固炉中，硅熔体在陶瓷坩埚容器底部形成晶核，属于非均 匀成核。 3、成核速率 匀态成核速率受两个因素的控制： 一是相变过程中核胚的形成几 率 WP，一是扩散过程中分子向核胚跃的几率。 WP = n0exp（－GC/kT） 0 为单位体积内的分子数。 ，n WD = D0exp（GD/kT） 0 为扩散频率因子。 ，D 因此均态成核速率 Nr = WP·WD = C0exp [（－Gc/kT）+ GD/kT ]， C0 = n0 D0。 由 ΔG = ΔH·ΔT/TC，可知成核速率随过冷度的变化如图： （图三） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 非均态成核速率 N*r = C*0exp (－G*c/kT + GD/kT )，C*0 = n*0 D0 以上用形象的，宏观的方法处理成核问题，若体系具有很大的过 冷度时，晶核的形成应当根据原子的观点确定。 4、界面稳定性 形成晶核后，就形成了固-液界面。界面的稳定性主要与两个因素 有关： （A）温度梯度， （B）浓度梯度。 （1）温度梯度 （ 图 四 ） （图五） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 正温度梯度下，一旦偶然发生局部凸出生长，则进入了高于 Tm 的高温区而被熔化，生长界面保持为平滑面。 负温度梯度下，凸出部分进入比 Tm 更低的低温区，更加快突出 部分的**生长，结果就导致了胞状组织或枝晶的形成。 定向凝固炉中晶体的生长始终保持正温度梯度。 （2）浓度梯度 当生长体系中含有杂质元素时，会产生分凝效应。经试验测得， 在晶体硅中杂质的浓度 CS 小于液体中的浓度 Cl， 随着晶面生长前移， 界面前沿该元素的浓度将提高， 该元素浓度的提高一般会使凝固点下 降。这时界面前沿液体中 T1 为液相线的温度分布，即靠近界面液相 线温度下降，T1′是实际温度分布，即为上述的正温度梯度。在界面 前沿有一个区域，实际温度 T1′小于液相线温度 T1，造成界面前出 现过冷现象。如果正温度梯度非常大，如图 T2，则不会产生过冷现 象。 （ 图 六 ） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" （图七） 5、相图在晶体生长中的应用 杂质的分配系数 K0，K0 = CSolid/ Cliquid 硅中所有的杂质都是 K0＜1。如图示，P 点对应组成的硅原料置 于陶瓷坩埚中，用石墨电阻加热溶解。随着 DS 块的散热和隔热笼的 打开，底部温度下降，当降至凝固点时，就会有 N 点所对应的固相 析出。此时，固相中杂质含量就低于原料中杂质的含量，而液相中杂 质含量则高于原料中的含量。全部凝固后，重新提高温度，使固体熔 化，重复上述步骤，可以达到重新提纯的目的。 我们看到在长晶结束的前一步骤，温度不降反升，就是为了重新 提纯，在有的炉子，这一步骤温度是降的，这样做的目的是为了加快 凝固速率。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" （图八） DS 石墨炉电源: 1． 采用低压大电流供电 已知 AC 电压 V=25V,电流 I=3800A，所以 P=√3×25×3800=165KVA DSS 的平均功率和峰值功率 P P 2． 3． 平均 =U 2 m 2R 2 ? t t on on + t off 峰值 =Um 2R 采用多阶梯时间、温度可调程序升温 电源用光学温度控制 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" （图九） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro"

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(Al2O3)的单晶，光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都具
有很好的透光性。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐腐蚀，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等**为理想的衬底材料。随着近年来LED TV、LED Monitor、LED NB、LED Phone及LED照明市场的持续高速增长，强劲推动了用于制作LED基材的蓝宝石市场的需求扩张。

优点：

蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好
蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中
蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗

  
常用晶体生长方法:

Czochralski Method (柴氏拉晶法，又称为提拉法)：Pull from the melt.
Kyropoulos Method (凯氏长晶法，又称为泡生法): Dip and turn.
温度梯度法(TGT法)
EFG Method (导模法，Edge Defined Film-fed Growth): Pull through die.
热交换法(Heat Exchange Method，HEM)
垂直水平温度梯度冷却法(Vertical Horiaontal Gradient Freezing，VHGF): 韩国Sapphire Technology Company (STC)技术。
ES2-GSA长晶法：美国Rubicon Technology Inc.技术。
由于钨钼具有耐高温、低污染等特性，被广泛用来做蓝宝石长晶炉的热场部件，包括钨坩埚/钼坩埚、发热体、钨筒、隔热屏、支撑、底座、籽晶杆、坩埚盖等。发热体采用鸟笼结构钨发热体或者钨网发热体，有利于提供均匀稳定的温场。

ATTL为客户提供**的30Kg、60Kg、85Kg、120Kg全套蓝宝石长晶炉热场及热场中的钨钼部件。

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