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HWCVD中热丝温度的测量与控制
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热丝CVD(HWCVD——Hot Wire CVD)技术自上世纪九十年代出现以后，发展非常快。其适用范围可以与PECVD比肩。原理不细说了。就说热丝温度的测量及控制。热丝工作温度在1700℃以上，无法采用热电偶直接测量，一般采用非接触式的红外测温。而对直径小于0.5mm的热丝，背景的影响非常大，因为红外测温的光点直径至少大于１mm，这时只能采用平面红外成像仪，这个的成本就太高了，而且用平面成像的结果来实现温控的难度可以想像。所以对HWCVD法来说，热丝温度的测量是个问题。一次开会，报告者介绍他们用HWCVD的工作，我提出热丝温度测量的问题，被含混过去了。热丝温度通过控制工作电流来调节。但达到同样的温度所需要的电流会随工艺参数发生变化。最直接的一个参数就是气压。环境气压不同，热导不同。一般高气压下，需要更大的加热电流。所以热丝的温度需要时时测量与调控。
一直想自己设计这样一个系统，实现热丝温度的测量与控制。最近终于完成了这个工作。根据是金属电阻率随温度变化关系。我们用的金属丝是钨。钨的电阻率数据如下：
Table. 1. Resistivity of tungsten as a function of temperature | |||||||||||
R/R300K | Temp | Resistivity | R/R300K | Temp | Resistivity | R/R300K | Temp | Resistivity | R/R300K | Temp | Resistivity |
1.0 | 300 | 5.65 | 5.48 | 1200 | 30.98 | 10.63 | 2100 | 60.06 | 16.29 | 3000 | 92.04 |
1.43 | 400 | 8.06 | 6.03 | 1300 | 34.08 | 11.24 | 2200 | 63.48 | 16.95 | 3100 | 95.76 |
1.87 | 500 | 10.56 | 6.58 | 1400 | 37.19 | 11.84 | 2300 | 66.91 | 17.62 | 3200 | 99.54 |
2.34 | 600 | 13.23 | 7.14 | 1500 | 40.36 | 12.46 | 2400 | 70.39 | 18.28 | 3300 | 103.3 |
2.85 | 700 | 16.09 | 7.71 | 1600 | 43.55 | 13.08 | 2500 | 73.91 | 18.97 | 3400 | 107.2 |
3.36 | 800 | 19.00 | 8.28 | 1700 | 46.78 | 13.72 | 2600 | 77.49 | 19.66 | 3500 | 111.1 |
3.88 | 900 | 21.94 | 8.86 | 1800 | 50.05 | 14.34 | 2700 | 81.04 | 20.35 | 3600 | 115.0 |
4.41 | 1000 | 24.93 | 9.44 | 1900 | 53.35 | 14.99 | 2800 | 84.70 |
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4.95 | 1100 | 27.94 | 10.03 | 2000 | 56.67 | 15.63 | 2900 | 88.33 |
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据此给出了热丝温度的测量与控制。可以在一分钟内让热丝达到设定的温度。温度控制范围在<2100℃。这是我们常用的温度范围。如果需要更高的温度，也可以达到。
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