А.И. Простомолотов 1,2) prosto@ipmnet.ru

1. А.И. Простомолотов1,2)prosto@ipmnet.ru Особенности конструкции и оптимизация теплового узла новой большегрузной установки «РЕДМЕТ-90М» «Кремний-2010» 7-9 июля, Нижний Новгород __________________________________ 1) Соавторы:Н.А. Верезуб, В.С. Ежлов 2)Поддержано проектом РФФИ№ 10-02-90004

2. Патенты на тепловой экран Ferry: US Patent 6197111.2001 Cherko: US Patent 6942733.2005 50-,60-,70-,80-ые компоненты экрана 70 – экран, 68b – трубка для прокачки воды. 2

3. Назначение теплового экрана: 1) контроль температурных зон в кристалле, 2) снижение мощности нагрева Роль температурных зон: • Вблизи фронта кристаллизации (1410оС) • происходит рекомбинация точечных • дефектов: вакансий и межузельных атомов 2) При 1100 – 1050оС образуются микропоры и кластеры межузельных атомов кремния. 80 кВт с экраном 3) При 950 – 750оС происходит распад твердого раствора кислорода с миграцией центров зарождения оксидных дефектов (преципитатов). кристалл 4) При 750 – 450оС растут размеры преципитатов и формируется окончательная картина микродефектов в монокристалле. расплав тигель нагреватель защитные экраны ось EKZ-2700 Dk=200мм 170 кВт 3

4. V I V/I V Тест V/I границы по экспериментальным данным Тест для теплового узла с экраном. Расчетные и экспериментальные данные: a – расчетные изолинии остаточной концентрации Civ= Ci - Cvпосле v – i рекомбинации; b –изменение скорости вытягивания Vpпри выращивании цилиндрической части монокристалла кремния; c – экспериментальная картина V-I границыв выращенном монокристалле, выявленная селективным травлением. (V – вакании, I – межузельные атомы Si, V/I – граница вакансиооного и межузельного режимов выращивания) 4 b c a

5. Материалы Зарубежные/ Отечественные 25 /Кристалл 456 55 Б 25 120 /Расплав 4×10 /Кварц 470 335 205 25 /Графит 260 115 65 А /Графитовая ткань 508 528 /Сталь 450 /Композит 516 /Войлок 628 /Молибден Модель теплового узла «Редмет-90М» 1 H 1 – полость для протока газа в патенте RU № 2355834 или водоохлаждаемый бункер в патенте RU № 2382121 5

6. Доступный интернет-ресурс для работы с программным комплексом “Crystmo/Marc” UNIX WorkStation “Crystmo/ Marc” code 1) Меню для получения лицензии и обмена файлами UnixWS↔UserPC 2) фрагмент интерактивного меню программы “Crystmo/Marc” USER’s PC User1 User2 6

7. Изотермы при различном удалении теплового экрана от расплава H=6.5 cm H=2.5 cm 7 7

8. Влияние скорости вращения тигля на изотермы и фронт кристаллизации Влияние скорости вращения тигля на изотермы и фронт кристаллизации H H б) ΩТ/ΩК= - 0.5 (вогнутый ФК) a*)ΩТ/ΩК= - 0.1 (W-образный ФК) Здесь: скорости вращения ΩТ – тигля и кристалла ΩК=20 об/мин, H=2.5 см. *) Пунктирные изолинии азимутальной скорости, превышающие её значение на стенке тигля. 8

9. «Эффект максимума» азимутальной скорости при вращении тигля δVmax = (Vmax – Vc)/Vc, где Vc – азимутальная скорость на стенке тигля δVmax Параметры течения: Re = |Ωк|Rк/ν – число Рейнольдса Gr = βg∆TRк3/ν2 – число Грасгофа γ = Gr0.5/Re: 0.1 (1), 0.3 (2), 0.6 (3), 1.0 (4), 1.7 (5), 2.2 (6) II I III Здесь: ΩК=20 об/мин 9 ΩТ/ΩК

10. Течение в режиме I: ΩТ/ΩК = - 0.01 γ = Gr0.5/Re: 0.6 ΩК=20 об/мин 10

11. Течение в режиме II: ΩТ/ΩК = - 0.1 γ = Gr0.5/Re: 0.6 ΩК=20 об/мин 11

12. Течение в режиме III: ΩТ/ΩК = - 0.01 γ = Gr0.5/Re: 0.6 ΩК=20 об/мин 12

13. Профили температуры вдоль поверхности кристалла T, K Z, cm Здесь: ΩТ/ΩК = – 0.1 (1) и – 0.5 (2) для экрана на удалении H = 2.5 см без водяного охлаждения; ΩТ/ΩК = – 0.1 для экрана при удалении H = 2.5 см (3) и 6.5 см(4) с водяным охлаждением. 13

14. Сравнение энергопотребления известных тепловых узлов (без экрана) с тепловым узлом для Редмет-90М (патенты RU 2355834, 2382121) 14

15. Спасибо за внимание