它由厚重的水冷不锈钢外壳封闭,内部是一个充满高纯度氩气的真空腔体。
腔体底部,放置着那个新造出来的透明石英坩埚。
坩埚外侧环绕着石墨加热器。
操作员李刚穿着隔热服,戴着深色滤光眼镜,透过炉壁上的石英观察窗,盯着内部的反应。
“石墨加热器功率提升至五十千瓦。
坩埚内高纯度多晶硅块开始熔化。”李刚对着通讯器汇报。
透过观察窗,可以看到石英坩埚内的硅块在高温下逐渐坍塌,最终化为一汪闪烁着刺眼白光的液态硅熔池。
温度稳定在一千四百五十度左右。
“降下籽晶杆。”
在单晶炉的顶部,一根通过精密伺服电机控制的金属拉杆缓缓下降。
拉杆的末端,夹着一小块具有完美晶格取向的单晶硅籽晶。
这是生长的种子。
当籽晶的尖端刚刚接触到液态硅熔池的表面时。
相变在液固交界面瞬间发生。
在热力学平衡中,液态硅原子接触到温度稍低的籽晶,失去了热运动的动能。
它们没有杂乱无章地凝固,而是像士兵列队一样,严格按照籽晶原有的晶格排列方式,一层一层地在籽晶下方堆积、结晶。
“接触良好。
形成半月形弯月面。
开始提拉。”
李刚操作着控制台上的旋钮。
籽晶杆开始以每分钟几毫米的极度缓慢速度向上提拉,同时以每分钟几十转的速度进行旋转。
而在下方,装满硅液的石英坩埚则以相反的方向缓慢旋转。
随着籽晶的上升,硅液被拉出液面,在冷却区的氩气吹拂下凝固。
一根圆柱形的硅棒,像变魔术一样,从液态熔池中缓缓“长”了出来。
这个过程对温度梯度的控制要求苛刻到了变态的程度。
如果加热功率稍高一千瓦,刚刚结晶的硅棒底部就会重新融化掉回坩埚;如果功率稍低一千瓦,液态硅就会大面积结晶,将坩埚撑破。
李刚必须像走钢丝一样,时刻盯着液面的光晕变化,手动微调加热功率。
在提拉过程中,一个致命的干扰出现了。
由于石英坩埚壁面的温度高于中心,液态硅在坩埚内形成了强烈的马兰戈尼热对流。
高温硅液从边缘上升,流向中心,再下沉。
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