半導體外延爐要實現襯底的均勻加熱，這是保證外延層質量的關鍵因素，涉及設備設計、加熱方式的優化以及工藝參數的控制等多個技術方面。以下將從多種角度進行分析：
1.加熱系統的設計
多區域獨立溫控
將半導體外延爐的加熱器分為多個區域（如中心和邊緣），并對每個區域的溫度進行單獨控制。例如，8英寸的碳化硅外延爐通常會采用3至5個區域進行溫度控制，以補償中心與邊緣之間的熱損失差異。
加熱器布局的優化
使用環形或螺旋形加熱器可以減小徑向溫度差。例如，石墨加熱器可以設計成多層嵌套的結構，以確保熱量的均勻分布。
2.底座支架設計
高導熱材料
采用碳化硅（SiC）或高純石墨作為支架材料，這些材料具有較高的導熱系數（SiC的導熱系數約為490 W/m·K），能夠迅速傳遞熱量。
支撐結構優化
設計為薄壁和多孔結構，以降低熱阻。比如，支架的厚度控制在2-3毫米，表面開孔率達到30%-40%，從而增強氣體的對流。
3.氣體流動管理
旋轉襯底
通過電機驅動襯底進行旋轉（轉速一般在10-50 rpm之間），以實現熱量的均勻分布。例如，在分子束外延（MBE）設備中，襯底的旋轉可以消除由于晶格取向引起的熱吸收差異。
氣體的分流與導引
在反應腔內安裝導流板或氣體噴嘴，以便氣體均勻地覆蓋在襯底表面上。例如，在CVD設備中，氣體從頂部均勻噴出，同時底部進行排氣，從而形成穩定的流場。
4.溫度監測與反饋系統
多點測溫
在襯底表面或支架上布置多個熱電偶（如中心、邊緣和四個角），以實時監測溫度。以8英寸的襯底為例，通常會設置5到7個測溫點。
閉環控制系統是指一種控制機制，通過持續監測系統輸出并將其反饋到輸入，以調整和優化系統表現。
將溫度測量數據反饋給PLC或PID控制器，以動態調整加熱器的功率。例如，當半導體外延爐的邊緣溫度低于中央溫度時，系統會自動提高邊緣加熱區域的功率。