Кинетика нагрева лодочки с пластинами

Рассмотрим вопросы, связанные с изменениями температурного поля диффузионной электропечи, в момент загрузки лодочки с пластинами в разогретую печь.

При изучении кинетики нагрева лодочки производился контроль :

- температуры (различных частей) лодочки (термопары Т₁ , Т₂ , Т₃);

- температуры управляющих температур (Т₄ , Т₅ , Т₆ ), установленных на торцах и центре печи;

- мощности, потребляемой печью.

Пусть, до момента загрузки холодной лодочки в разогретую печь установленный профиль температуры отвечал распределению – t₁ (а), и мощность Р_II и температура управляющей термопары Т₅, соответствовали своим значенияv до наступления момента τ_I (б).

В момент загрузки холодной лодочки в печь произошел «мгновенный» провал температуры печи в центральной зоне (под лодочкой), что привело к изменению профиля температуры ( рис. 17, а, зависимость – t₂ и рис. 17, б – Т₅). Через некоторое время (определяется системой обратной связи) это изменение «дошло» до управляющей термопары Т₅ , и она «отдала команду» системе автоматического управления температурой (САРТ) печи на увеличение мощности печи, что и было зафиксировано изменением кривой Р_II. (б). Увеличение мощности привело к новому распределению температуры по длине реактора подъему температуры ( рис. 17, а, зависимость – t₃ и рис. 17, б – Т₁, Т₂ Т₅), таким образом, что температура (в окрестности расположения лодочки) приняла заданное (САРТ) значение. Но в силу того, что длина лодочки меньше протяженности центральной зоны, в области , прилегающей к краям лодочки, температура стала выше заданной, и крайние подложки «перегрелись». Это, в свою очередь, привело к отклонению параметров формируемых структур. Через некоторое время происходит восстановление требуемого профиля (см. рис. 17, б), но характеристики структур уже изменились.

Для минимизации воздействия описанных выше процессов принимались различные технические мероприятии, например, загрузка перегреваемых областей лодочки фальш-подлжками, которые и принимали «удар на себя». Однако такое мероприятие было временным.

После изучения и анализа этих процессов пришли к принципиально иному подходу, а именно, загружать лодочку с пластинами в предварительно охлажденную (на 100 – 150 градусов). Прогрев загрузки происходит при пониженной температуре. При этом скорость физико-химических процессов на поверхности пластин мала и неравномерность про­грева не отражается на "качестве обработки. Затем температура в реакторе поднимается до заданной, при которой происходит процесс контролируемой диффузии или окисления. Система позво­ляет также осуществлять программное изменение температуры, причем скорость нарастания или снижения температуры задается в зависимости от размеров и массы загруженной в реактор садки.

а) б)

Рис. 17. Изменение температуры - Т и потребляемой мощности - Р в канале диффузионной печи по длине её - l (а) и во времени - τ (б)

I_з , III_з - крайние (торцевые ) зоны печи; II_з - центральная (рабочая) зона печи; 1, 2, 3 – контрольные термопары, установленные на концах (1,3) и в центре лодочки с пластинами; 4,5,6 - термопары, установленные в системе управления температурой печи; Т₁ , Т₂ , Т₃, Т ₅ - текущие значения температур, соответствующих местоположению термопар ; Р _II - мощность в центральной зоне печи; Δt –отклонение (мгновенное) температуры в момент загрузки холодной лодочки в печь