Оптимизация расположения кварцевого кольца вокруг кремниевой пластины для повышения однородности быстрого ИК-нагрева Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Известия ТРТУ

Специальный выпу<~

УДК.621.342:548.234

Д. А. Сеченов, А. М. Светличный, С. И. Соловьев

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ КВАРЦЕВОГО КОЛЬЦА ВОКРУГ КРЕМНИЕВОЙ ПЛАСТИНЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОДНОРОДНОСТИ БЫСТРОГО ИК-НАГРЕВА

Теоретические и экспериментальные исследования распределения температурных полей в кремниевой пластине при нагреве инфракрасным излучением в течение нескольких секунд показали, что получить однородное распределение температуры на протяжении всего цикла обработки достаточно трудно.

Использование дополнительных отражающих экранов для компенсации тепловых потерь на краю пластины (краевой эффект) приводит к тому, что на динамическом- участке кривой нагрева появляется всплеск градиента температуры.

В данной работе предложено для компенсации тепловых потерь использовать кварцевое кольцо с круглым сечением вокруг пластины. С помощью компьютерного моделирования оптимизировано расстояние между кольцом и пластиной, а также диаметр сечения кольца.

В основу модели положена система из двух уравнений, описывающих распределение температуры в пластине и кварцевом кольце:

гК(Т)с*Т/

с£сс

(а8Р-еяа(Т8)4)

сИ с2х к

/'•Л

С

2

атг

4 , ________,гр ч 4

— &г Р — Сг (Т (Т г ) + СТ Т1 (Тв ) “ СО (Т Г - Та)

с граничным условием на краю пластины -К(Т\г1Т„

= -вя СТ(Т5) — (X (Тй — Та ) + бг СТ П (Тг ) ,

<1х

где К — температуропроводность пластины; а — коэффициент поглощения; Р —плотность потока мощности излучателя; С—теплоемкость; г — радиус сечения кольца; к — толщина пластины; е — степень черноты тела; ст — постоянная Стефана; а — коэффициент конвективного обмена; Та — температура среды; п — доля поверхности кольца, на которую поступает тепловое излучение пластины; индекс «я» соответствует пластине, «г»— кольцу.

Расчеты, проведенные численными методами, позволили оптимизировать расположение кварцевого кольца вокруг кремниевой пластины при минимальных градиентах температуры в подложке.