Ang batakang proseso saSiCkristal nga pagtubo gibahin ngadto sa sublimation ug pagkadunot sa mga hilaw nga materyales sa taas nga temperatura, transportasyon sa gas phase mga butang sa ilalum sa aksyon sa temperatura gradient, ug recrystallization pagtubo sa gas phase sangkap sa binhi kristal. Base niini, ang sulod sa crucible gibahin ngadto sa tulo ka bahin: hilaw nga materyal nga dapit, pagtubo lawak ug binhi kristal. Usa ka numerical simulation nga modelo ang gikuha base sa aktuwal nga resistiveSiCusa ka kagamitan sa pagtubo sa kristal (tan-awa ang Figure 1). Sa kalkulasyon: sa ubos satunawan sa tubig90 mm ang gilay-on gikan sa ilawom sa heater sa kilid, ang taas nga temperatura sa crucible mao ang 2100 ℃, ang diyametro sa hilaw nga materyal nga partikulo mao ang 1000 μm, ang porosity mao ang 0.6, ang presyur sa pagtubo mao ang 300 Pa, ug ang oras sa pagtubo mao ang 100 ka oras. . Ang gibag-on sa PG mao ang 5 mm, ang diyametro parehas sa sulud nga diyametro sa crucible, ug kini nahimutang 30 mm sa ibabaw sa hilaw nga materyal. Ang sublimation, carbonization, ug recrystallization nga mga proseso sa hilaw nga materyal nga sona gikonsiderar sa kalkulasyon, ug ang reaksyon tali sa PG ug gas phase substances wala gikonsiderar. Ang mga parametro sa pisikal nga kabtangan nga may kalabotan sa kalkulasyon gipakita sa Talaan 1.
Figure 1 Modelo sa kalkulasyon sa simulation. (a) Thermal field model para sa crystal growth simulation; (b) Dibisyon sa internal nga lugar sa crucible ug may kalabutan nga pisikal nga mga problema
Talaan 1 Pipila ka pisikal nga mga parametro nga gigamit sa kalkulasyon
Ang Figure 2(a) nagpakita nga ang temperatura sa PG-containing structure (gipaila nga structure 1) mas taas kay sa PG-free structure (gipaila nga structure 0) ubos sa PG, ug mas ubos kay sa structure 0 sa ibabaw sa PG. Ang kinatibuk-ang gradient sa temperatura motaas, ug ang PG naglihok isip usa ka ahente sa pag-init sa kainit. Sumala sa Figures 2(b) ug 2(c), ang axial ug radial temperature gradients sa structure 1 sa raw material zone mas gamay, ang temperature distribution mas uniporme, ug ang sublimation sa materyal mas kompleto. Dili sama sa hilaw nga materyal nga sona, ang Figure 2(c) nagpakita nga ang radial temperature gradient sa seed crystal sa structure 1 mas dako, nga mahimong tungod sa lain-laing proporsyon sa lain-laing mga heat transfer modes, nga makatabang sa kristal nga motubo nga adunay convex interface . Sa Figure 2(d), ang temperatura sa lain-laing mga posisyon sa crucible nagpakita sa us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka us aka pag-uswag, apan ang kalainan sa temperatura tali sa istruktura 0 ug istruktura 1 anam-anam nga mikunhod sa hilaw nga materyal nga sona ug anam-anam nga pagtaas sa lawak sa pagtubo.
Figure 2 Pag-apod-apod sa temperatura ug mga pagbag-o sa crucible. (a) Pag-apod-apod sa temperatura sulod sa crucible sa structure 0 (wala) ug structure 1 (tuo) sa 0 h, unit: ℃; (b) Pag-apod-apod sa temperatura sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 ug istruktura 1 gikan sa ilawom sa hilaw nga materyal hangtod sa kristal nga binhi sa 0 ka oras; (c) Pag-apod-apod sa temperatura gikan sa sentro hangtod sa ngilit sa tunawan sa liso nga kristal nga nawong (A) ug ang hilaw nga materyal nga nawong (B), tunga (C) ug ubos (D) sa 0 h, ang pinahigda nga axis r mao ang seed crystal radius para sa A, ug ang raw material area radius para sa B~D; (d) Ang mga pagbag-o sa temperatura sa sentro sa ibabaw nga bahin (A), hilaw nga materyal nga nawong (B) ug tunga (C) sa pagtubo nga lawak sa istruktura 0 ug istruktura 1 sa 0, 30, 60, ug 100 ka oras.
Ang Figure 3 nagpakita sa materyal nga transportasyon sa lain-laing mga panahon sa tunawan sa gambalay 0 ug gambalay 1. Ang gas phase materyal nga dagan rate sa hilaw nga materyal nga dapit ug sa pagtubo lawak sa pagtaas uban sa pagdugang sa posisyon, ug ang materyal nga transportasyon huyang samtang ang pagtubo nagpadayon. . Gipakita usab sa Figure 3 nga sa ilawom sa mga kondisyon sa simulation, ang hilaw nga materyal una nga nag-graphit sa kilid nga dingding sa crucible ug dayon sa ilawom sa crucible. Dugang pa, adunay recrystallization sa ibabaw sa hilaw nga materyal ug kini anam-anam nga mabaga samtang ang pagtubo nagpadayon. Ang mga numero 4(a) ug 4(b) nagpakita nga ang materyal nga dagan rate sa sulod sa hilaw nga materyal mikunhod samtang ang pagtubo nag-uswag, ug ang materyal nga dagan rate sa 100 h mao ang mahitungod sa 50% sa unang higayon; bisan pa, ang rate sa pag-agos medyo dako sa ngilit tungod sa graphitization sa hilaw nga materyal, ug ang rate sa pag-agos sa ngilit labaw pa sa 10 ka pilo sa rate sa pag-agos sa tunga nga lugar sa 100 h; Dugang pa, ang epekto sa PG sa istruktura 1 naghimo sa materyal nga dagan rate sa hilaw nga materyal nga lugar sa istruktura 1 nga mas ubos kaysa sa istruktura 0. Sa Figure 4(c), ang materyal nga pag-agos sa hilaw nga materyal nga lugar ug ang Ang pagtubo nga lawak anam-anam nga maluya samtang ang pagtubo nagpadayon, ug ang materyal nga pag-agos sa hilaw nga materyal nga lugar nagpadayon sa pagkunhod, nga tungod sa pag-abli sa agianan sa hangin nga agianan sa ngilit sa crucible ug ang pagbabag sa recrystallization sa ibabaw; sa pagtubo lawak, ang materyal nga dagan rate sa gambalay 0 mikunhod paspas sa inisyal nga 30 h ngadto sa 16%, ug mikunhod lamang sa 3% sa sunod nga panahon, samtang ang gambalay 1 nagpabilin nga medyo lig-on sa tibuok proseso sa pagtubo. Busa, ang PG makatabang sa pagpalig-on sa materyal nga dagan rate sa pagtubo lawak. Ang Figure 4(d) nagtandi sa material flow rate sa atubangan sa pagtubo sa kristal. Sa inisyal nga gutlo ug 100 h, ang materyal nga transportasyon sa pagtubo nga zone sa istruktura 0 mas lig-on kaysa sa istruktura 1, apan adunay kanunay nga taas nga rate sa pag-agos nga lugar sa ngilit sa istruktura 0, nga nagdala sa sobra nga pagtubo sa ngilit. . Ang presensya sa PG sa istruktura 1 epektibo nga nagpugong niini nga panghitabo.
Figure 3 Pag-agos sa materyal sa crucible. Mga streamline (wala) ug velocity vectors (tuo) sa gas material nga transportasyon sa mga istruktura 0 ug 1 sa lain-laing mga panahon, velocity vector unit: m/s
Figure 4 Mga pagbag-o sa rate sa pag-agos sa materyal. (a) Ang mga pagbag-o sa pag-apod-apod sa rate sa pag-agos sa materyal sa tunga-tunga sa hilaw nga materyal sa istruktura 0 sa 0, 30, 60, ug 100 h, r ang radius sa lugar nga hilaw nga materyal; (b) Ang mga pagbag-o sa pag-apod-apod sa rate sa pag-agos sa materyal sa tunga-tunga sa hilaw nga materyal sa istruktura 1 sa 0, 30, 60, ug 100 h, r ang radius sa lugar nga hilaw nga materyal; (c) Mga pagbag-o sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sulod sa lawak sa pagtubo (A, B) ug sulod sa hilaw nga materyal (C, D) sa mga istruktura 0 ug 1 sa paglabay sa panahon; (d) Ang pag-apod-apod sa gikusgon sa pag-agos sa materyal duol sa liso nga kristal nga nawong sa mga istruktura 0 ug 1 sa 0 ug 100 h, r mao ang radius sa liso nga kristal
Ang C / Si makaapekto sa kristal nga kalig-on ug depekto nga Densidad sa pagtubo sa kristal sa SiC. Ang Figure 5(a) nagtandi sa C/Si ratio distribution sa duha ka istruktura sa unang higayon. Ang C/Si ratio anam-anam nga mikunhod gikan sa ubos ngadto sa ibabaw sa crucible, ug ang C/Si ratio sa structure 1 kanunay nga mas taas kay sa structure 0 sa lain-laing mga posisyon. Ang mga numero 5(b) ug 5(c) nagpakita nga ang C/Si ratio anam-anam nga motaas uban sa pagtubo, nga may kalabutan sa pagsaka sa internal nga temperatura sa ulahing yugto sa pagtubo, ang pagpauswag sa hilaw nga materyal nga graphitization, ug ang reaksyon sa Si mga sangkap sa gas phase nga adunay graphite crucible. Sa Figure 5(d), ang C/Si ratios sa structure 0 ug structure 1 lahi kaayo sa ubos sa PG (0, 25 mm), pero medyo lahi sa ibabaw sa PG (50 mm), ug ang kalainan anam-anam nga motaas samtang nagkaduol sa kristal. . Sa kinatibuk-an, ang C / Si ratio sa istruktura 1 mas taas, nga makatabang sa pagpalig-on sa kristal nga porma ug pagpakunhod sa kalagmitan sa phase transition.
Figure 5 Distribution ug mga kausaban sa C/Si ratio. (a) C/Si ratio distribution sa crucibles sa structure 0 (wala) ug structure 1 (tuo) sa 0 h; (b) C/Si ratio sa lain-laing mga gilay-on gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 sa lain-laing mga panahon (0, 30, 60, 100 h); (c) C/Si ratio sa lain-laing mga gilay-on gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 1 sa lain-laing mga panahon (0, 30, 60, 100 h); (d) Pagkumpara sa C/Si ratio sa lain-laing mga gilay-on (0, 25, 50, 75, 100 mm) gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 (solid line) ug structure 1 (dashed line) sa lain-laing mga panahon (0, 30, 60, 100 ka oras).
Gipakita sa Figure 6 ang mga pagbag-o sa diametro sa partikulo ug porosity sa hilaw nga materyal nga mga rehiyon sa duha ka istruktura. Ang numero nagpakita nga ang hilaw nga materyal nga diametro mikunhod ug ang porosity nagdugang duol sa crucible kuta, ug ang ngilit porosity nagpadayon sa pagdugang ug ang partikulo diametro nagpadayon sa pagkunhod sa pag-uswag sa pagtubo. Ang pinakataas nga porosity sa sulab mao ang mahitungod sa 0.99 sa 100 h, ug ang minimum nga diametro sa partikulo mao ang mahitungod sa 300 μm. Ang diametro sa partikulo nagdugang ug ang porosity mikunhod sa ibabaw nga nawong sa hilaw nga materyal, nga katumbas sa recrystallization. Ang gibag-on sa recrystallization nga lugar nagdugang samtang ang pagtubo nagpadayon, ug ang gidak-on sa partikulo ug porosity nagpadayon sa pagbag-o. Ang pinakataas nga diyametro sa partikulo moabot sa labaw sa 1500 μm, ug ang minimum nga porosity mao ang 0.13. Dugang pa, tungod kay ang PG nagdugang sa temperatura sa hilaw nga materyal nga lugar ug ang gas supersaturation gamay, ang recrystallization gibag-on sa ibabaw nga bahin sa hilaw nga materyal sa istruktura 1 gamay, nga nagpalambo sa hilaw nga materyal nga paggamit rate.
Figure 6 Mga pagbag-o sa diyametro sa partikulo (wala) ug porosity (tuo) sa hilaw nga materyal nga lugar sa istruktura 0 ug istruktura 1 sa lainlaing mga oras, yunit sa diyametro sa partikulo: μm
Gipakita sa Figure 7 nga ang istruktura 0 warps sa sinugdanan sa pagtubo, nga mahimong may kalabutan sa sobra nga rate sa pag-agos sa materyal tungod sa graphitization sa hilaw nga materyal nga sulud. Ang lebel sa warping nahuyang sa panahon sa sunod-sunod nga proseso sa pagtubo, nga katumbas sa pagbag-o sa materyal nga dagan rate sa atubangan sa kristal nga pagtubo sa istruktura 0 sa Figure 4 (d). Sa istruktura 1, tungod sa epekto sa PG, ang kristal nga interface wala magpakita sa warping. Dugang pa, gihimo usab sa PG ang rate sa pagtubo sa istruktura 1 nga labi ka ubos kaysa sa istruktura nga 0. Ang gibag-on sa sentro sa kristal sa istruktura 1 pagkahuman sa 100 ka oras 68% ra sa istruktura 0.
Figure 7 Mga pagbag-o sa interface sa istruktura 0 ug istruktura 1 nga mga kristal sa 30, 60, ug 100 ka oras
Ang pagtubo sa kristal gihimo ubos sa mga kondisyon sa proseso sa numerical simulation. Ang mga kristal nga gipatubo sa istruktura 0 ug istruktura 1 gipakita sa Figure 8 (a) ug Figure 8 (b), matag usa. Ang kristal sa istruktura 0 nagpakita sa usa ka concave interface, nga adunay mga undulations sa sentro nga lugar ug usa ka phase transition sa ngilit. Ang convexity sa nawong nagrepresentar sa usa ka piho nga ang-ang sa inhomogeneity sa transportasyon sa gas-phase nga mga materyales, ug ang panghitabo sa phase transition katumbas sa ubos nga C/Si ratio. Ang interface sa kristal nga gipatubo sa istruktura 1 gamay nga convex, wala’y nakit-an nga pagbalhin sa hugna, ug ang gibag-on mao ang 65% sa kristal nga wala’y PG. Sa kinatibuk-an, ang mga resulta sa pagtubo sa kristal katumbas sa mga resulta sa simulation, nga adunay mas dako nga kalainan sa temperatura sa radial sa kristal nga interface sa istruktura 1, ang paspas nga pagtubo sa ngilit gipugngan, ug ang kinatibuk-ang rate sa pag-agos sa materyal mas hinay. Ang kinatibuk-ang uso nahiuyon sa mga resulta sa numerical simulation.
Figure 8 SiC nga mga kristal nga gipatubo ubos sa istruktura 0 ug istruktura 1
Panapos
Ang PG makatabang sa pag-uswag sa kinatibuk-ang temperatura sa hilaw nga materyal nga lugar ug ang pagpaayo sa axial ug radial nga temperatura nga pagkakapareho, nga nagpasiugda sa bug-os nga sublimation ug paggamit sa hilaw nga materyal; ang kalainan sa ibabaw ug sa ubos nga temperatura nagdugang, ug ang radial gradient sa liso nga kristal nga nawong nagdugang, nga makatabang sa pagpadayon sa pagtubo sa convex interface. Sa termino sa mass transfer, ang pagpaila sa PG makapamenos sa kinatibuk-ang mass transfer rate, ang materyal nga flow rate sa growth chamber nga adunay sulod nga PG mausab nga gamay sa panahon, ug ang tibuok nga proseso sa pagtubo mas lig-on. Sa parehas nga oras, epektibo usab nga gipugngan sa PG ang mga panghitabo sa sobra nga pagbalhin sa masa sa sulud. Dugang pa, gipadako usab sa PG ang ratio sa C / Si sa kalikopan sa pagtubo, labi na sa atubangang ngilit sa interface sa kristal nga binhi, nga makatabang sa pagpakunhod sa panghitabo sa pagbag-o sa yugto sa proseso sa pagtubo. Sa samang higayon, ang thermal insulation nga epekto sa PG makapamenos sa panghitabo sa recrystallization sa ibabaw nga bahin sa hilaw nga materyal sa usa ka sukod. Alang sa pagtubo sa kristal, ang PG nagpahinay sa pagtubo sa kristal, apan ang interface sa pagtubo mas convex. Busa, ang PG usa ka epektibo nga paagi aron mapaayo ang pagtubo nga palibot sa mga kristal nga SiC ug ma-optimize ang kalidad sa kristal.
Oras sa pag-post: Hun-18-2024