单晶炉热场结构
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单晶热场结构试卷一、填空题1.热场的优劣对单晶硅的质量有很大影响。
合适的热场,能够生长出高质量的单晶。
不好的热场容易使单晶变成多晶,或者根本无法引晶。
2.直拉单晶炉的热系统,也就是所谓的热场,是指为了熔化硅料,并使单晶生长保持在一定温度下进行的整个系统。
3.加热器是热场中很重要的部件,是直接的发热体,温度最高的时候可以达到1600℃以上。
4.加热器、电极的材质是高纯石墨5.硅单晶分厂CZ1#厂房所用加热器的形状是直筒式。
6.三瓣埚也称石墨坩埚,是用来盛放石英坩埚。
7.加热器上的连接孔,是利用石墨螺栓来连接石墨电极的。
8.石墨电极的作用,一是平稳地支撑加热器,二是通过它对加热器加热。
9.CZ1#厂房的保温罩有3种,分为上保温罩、中保温罩和下保温罩。
10.坩埚托杆、坩埚托盘共同构成了石墨坩埚的支撑体,11.保温盖由保温上盖、保温碳毡和保温下盖组成。
12.热场的安装顺序是由下到上、由内到外。
13.温度梯度是指单位距离内温度的变化率。
14. S dTdy⎛⎫ ⎪⎝⎭为晶体的纵向温度梯度,S dT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭为晶体的径向温度梯度。
15. LdT dy ⎛⎫ ⎪⎝⎭为熔体的纵向温度梯度,L dT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭为熔体的径向温度梯度。
16. S LdT dy -⎛⎫ ⎪⎝⎭为生长界面处的纵向温度梯度, S L dT dr -⎛⎫ ⎪⎝⎭为生长界面处的径向温度梯度。
二、单项选择题1.加热器是的材质是 (A )A 高纯石墨B 高纯石英C 陶瓷D 石棉2.三瓣埚也称 (B )A 石英坩埚B 石墨坩埚C 坩埚托杆D 坩埚托盘 3.SdT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭是指 (D ) A 晶体的纵向温度梯度 B 熔体的径向温度梯度 C 熔体的纵向温度梯度 D 晶体的径向温度梯度4.SdT dy ⎛⎫ ⎪⎝⎭是指 (A )A 晶体的纵向温度梯度B 熔体的径向温度梯度C 熔体的纵向温度梯度D 晶体的径向温度梯度 5.LdT dy ⎛⎫ ⎪⎝⎭ 是指 (C ) A 晶体的纵向温度梯度 B 熔体的径向温度梯度 C 熔体的纵向温度梯度 D 晶体的径向温度梯度 6.LdT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭ 是指 (B ) A 晶体的纵向温度梯度 B 熔体的径向温度梯度 C 熔体的纵向温度梯度 D 晶体的径向温度梯度 7.S LdT dy -⎛⎫ ⎪⎝⎭ 是指 (A ) A 生长界面的纵向温度梯度 B 熔体的径向温度梯度 C 熔体的纵向温度梯度 D 生长界面的径向温度梯度 8.S LdT dr -⎛⎫ ⎪⎝⎭ 是指 (D ) A 生长界面的纵向温度梯度 B 熔体的径向温度梯度 C 熔体的纵向温度梯度 D 生长界面的径向温度梯度9.热场也称(A )A 温度场B 磁场C 电场D 电磁场10.静态热场中,沿着加热器中心轴线测量,也就是纵向方向,(A )A 中心温度最高B 中心温度最低C 没有最高温度D 没有中心温度11. 静态热场中,沿着加热器径向方向,(B )A 中心温度最高B 中心温度最低C 没有最高温度D 没有中心温度12.石墨托杆和石墨托盘是用来支撑 (B )A 石英坩埚B 石墨坩埚C 中保温罩D 加热器13.石墨坩埚是用来盛放 (A )A 石英坩埚B 原料C 加热器D 石墨托盘14.晶体生长过程中,结晶界面处的径向温度梯度S LdT dr -⎛⎫ ⎪⎝⎭是变化的,在头部,结晶界面呈现(A )A 凸型B 平坦C 凹形D 直角型15.晶体生长过程中,结晶界面处的径向温度梯度S L dT dr -⎛⎫⎪⎝⎭是变化的,在中部,结晶界面 呈现(B )A 凸型B 平坦C 凹形D 直角型16.晶体生长过程中,结晶界面处的径向温度梯度S LdT dr -⎛⎫⎪⎝⎭是变化的,在中部,结晶界面 呈现(C )A 凸型B 平坦C 凹形D 直角型17.压环是放在什么部件的上面 (A )A 保温盖B 上保温罩C 导流筒D 加热器18.晶体生长过程中,单晶硅的纵向温度梯度,离生长界面越远 (A )A 温度越低B 温度越高C 温度呈抛物线D 温度时高时低19.CZ1#厂房中,加热器的形状是 (B )A 球形B 直筒式C 杯状D 螺旋状20 用来连接加热器和石墨电极的是 (A )A 石墨螺栓B 石英环C 石墨托杆D 电极护套三、多项选择题1.热场的安装顺序是 (AC )A 由下到上B 由上到下C 由内到外D 由外到内2.保温盖是否下列哪些组成 (ABC )A 保温上盖B 保温下盖C 保温碳毡D 压环3.石墨螺栓是用来连接 (AB )A 加热器B 石墨电极C 石英环D 托杆护套4.热场的纵向温度梯度有(ABC ) A S dT dy ⎛⎫ ⎪⎝⎭ B L dT dy ⎛⎫ ⎪⎝⎭ C S L dT dy -⎛⎫ ⎪⎝⎭D LdT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭ 5. 热场的径向温度梯度有(ABD ) A S dT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭ B L dT dr ⎛⎫ ⎪⎝⎭ C S L dT dy -⎛⎫ ⎪⎝⎭D S L dT dr -⎛⎫ ⎪⎝⎭ 6.热场有 (AB )A 静态热场B 动态热场C 电场D 磁场7安装石墨电极时, (ABC )A 必须左右对齐B 处在同一水平面上C 不可倾斜D 可以倾斜8.石墨电极的作用,(AB )A 用来平稳加热器B 通过他对加热器加热C 用来连接加热器D 用来防止漏硅9.CZ1#厂房的保温罩分为 (ABC )A 上保温罩B 中保温罩C 下保温罩D 保温盖10.石墨坩埚是由什么支持的?(AB )A 石墨托杆B 石墨托盘C 加热器D 下保温罩四、判断题1.石墨坩埚即三瓣埚,一定是三瓣合体的。
“单晶炉热场结构的认知”信息化课堂教学设计研究作者:梅艳王丽张微义来源:《课程教育研究》2017年第34期【摘要】以“单晶炉热场结构的认知”作为研究范例,从教学目标、教学内容、教学手段、教学策略和教学过程设计等方面阐述了该课的信息化课堂教学设计过程。
采用网络平台、动画模拟、视频演示、虚拟仿真等信息化技术实现课堂提升趣味性和多元性。
通过网络平台,实现课前预习、课后复习以及师生及时互动,更加有效地对教学过程进行监控和评价。
【关键词】信息化教学教学设计单晶炉【基金项目】乐山职业技术学院教改项目。
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2017)34-0206-01教学设计是二十世纪五六十年代首先在西方发展起来的一门新兴的实践性很强的科学,它综合了教学理论、学习理论、传播学理论等多种学术理论的研究成果而自成体系,以系统方法为核心,着重创设学与教的系统,以达到优化教学、促进学习者的学习为目的[1]。
信息化课堂教学具有以下特点:(1)信息共享程度高,实时性好;(2)数字化保存,快捷方便,储存量大,连续性好;(3)信息流动性、完整性好,能双向交互;(4)能系统、全面、准确地反映信息全过程[2]。
《晶体硅制备技术》是硅材料技术专业的核心专业课程,在传统的教学过程中存在理论枯燥、教具昂贵、教法单一的问题。
迫切需要多元化的教学手段攻克教学中的重点和难点问题。
本文选取其中的一个知识点“单晶炉热场结构的认知”(40分钟)作为信息化课堂的范例进行了教学设计研究。
一、教学分析1.教学内容“单晶炉热场结构认知”是《晶体硅制备技术》课程的内容,归属于学习情境一“直拉单晶硅的拉制”→任务三“装炉”→子任务“认知单晶炉的热场结构”。
根据国家职业标准《光伏晶棒制造工》中级工的工作要求制定教学重点为:(1)单晶炉热场组件的材质、作用及基本结构;(2)单晶炉热场的安装位置;教学难点为:单晶炉热场的工作原理。
§2 合理热场单晶硅是在热场中进行拉制的,热场的优劣对单晶硅质量有很大影响。
单晶硅生长过程中,好的热场,能生产出高质量的单晶。
不好的热场容易使单晶变成多晶,甚至根本引不出单晶。
有的热场虽然能生长单晶,但质量较差,有位错和其他结构缺陷。
因此,找到较好的热场条件,配置最佳热场,是非常主要的直拉单晶工艺技术。
热场主要受热系统影响,热系统变化热场一定变化。
加热器是热系统的主体,是热系统的关键部件。
因此,了解加热器内温度分布状况对配制热场非常重要。
从示意图看出,以加热器中心线为基准,中心温度最高,向上和向下温度逐渐降低,它的变化率称为纵向温度梯度,用dydT 表示。
加热器径向温度内表面,中心温度最低,靠近加热器边缘温度逐渐增加,成抛物线状,它的变化率为径向温度梯度,用dxdT 表示。
单晶硅生长时,热场中存在着固体(晶体),熔体两种形态,温度梯度也有两种。
晶体中的纵向温度梯度S dy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛和径向温度梯度Ldy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛。
熔体中的纵向温度梯度Ldy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛和径向温度梯度L dx dT ⎪⎭⎫ ⎝⎛。
是两种完全不同的温度分布。
但是,最能影响结晶状态是生长界面处的温度梯度L S dx dT -⎪⎭⎫ ⎝⎛,LS dy dT -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛,它是晶体、熔体、环境三者的传热、放热、散热综合影响的结果,在一定程度上决定看单晶质量。
晶体生长时单晶硅的温度梯度粗略的讲:离结晶界面越远,温度越低。
即Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛>0。
只有Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛足够大时,才能单晶硅生长产生的结晶潜热及时传走,散掉,保持结晶界面温度稳定。
若Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛较小,晶体生长产生的结晶潜热不能及时散掉,单晶硅温度会增高,结晶界面温度随着增高,熔体表面的过冷度减小,单晶硅的正常生长就会受到影响。
Sdy dT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛过大,结晶潜热随着及时散掉,但是,由于晶体散热快,熔体表面一部分热量也散掉,结晶界面温度会降低,表面过冷度增大,可能产生新的不规则的晶核,使晶体变成多晶,同时,熔体表面过冷度增大,单晶可能产生大量结构缺陷。
单晶炉构造单晶炉构造单晶炉是材料科学领域用于制备高纯度单晶的重要设备,它主要由加热室、降温室、气体处理系统和控制系统等部分组成。
其构造精密、操作复杂,下面将从构造的各个方面进行介绍。
一、加热室加热室是单晶炉的核心部件,主要由炉体、加热器和保温材料组成。
炉体是单晶炉承受外部温度变化和内部高温作用的主要承载部件,由石墨、石英和陶瓷等耐高温材料制成。
加热器则是将电能转化为热能的关键部件,常用的有电阻丝和感应加热等方式,能够提供长时间、稳定地加热环境。
保温材料则主要用于隔离炉体和加热器的高温区域与外部温度差异较大的区域,通常采用氧化铝陶瓷等材料。
二、降温室降温室具有使晶体逐渐冷却的作用,主要由冷却器、炉心支架、石英管和封接材料等组成。
封接材料通常为高纯度石英或高温聚合材料,能够承受高温和氧化介质的腐蚀。
石英管则是传导与将炉内高热量储存压载晶体移动到降温室的重要渠道。
炉心支架则承担着晶体和石英管的固定和支撑作用,通常采用陶瓷和石墨混合材料,具有高强度和低热膨胀系数的优点。
三、气体处理系统气体处理系统主要作用是保障单晶炉内部气氛稳定和纯净。
它通常有气体进口、循环处理、尾气处理、真空开关等组成。
气体进口要求高纯度,通常采用氢气、氮气、氩气等惰性气体,以及少量的有机气体。
循环处理需要对炉体、石英管等部件进行不断清洗、抽真空、注入惰性气体等操作,以维持高纯度氛围。
尾气处理则主要是将炉内产生的废气处理成无害物质进行排放。
四、控制系统单晶炉在生产加工过程中需要进行精确的控制操作,以保障晶体生长过程中的稳定性,控制系统是实现这些操作的关键。
它主要由计算机控制系统、数据采集与传输系统、传感器、操作界面等组成。
计算机控制系统是单晶炉生产的大脑所在,通过精准的算法来控制炉内各个参数,并实时反馈数据给操作员进行分析和调整。
数据采集与传输系统则负责将炉内参数传输到计算机系统中,采集形式多样,常用的有温度传感器、压力传感器、流量计等。