Mae'r broses sylfaenol oSiCtyfiant grisial wedi'i rannu'n sychdarthiad a dadelfennu deunyddiau crai ar dymheredd uchel, cludo sylweddau cyfnod nwy o dan weithred graddiant tymheredd, a thwf recrystallization o sylweddau cyfnod nwy yn y grisial hadau. Yn seiliedig ar hyn, rhennir tu mewn y crucible yn dair rhan: ardal deunydd crai, siambr twf a grisial hadau. Lluniwyd model efelychiad rhifiadol yn seiliedig ar y gwrthiannol gwirioneddolSiCoffer twf grisial sengl (gweler Ffigur 1). Yn y cyfrifiad: gwaelod ycrucibleyn 90 mm i ffwrdd o waelod y gwresogydd ochr, tymheredd uchaf y crucible yw 2100 ℃, diamedr gronynnau deunydd crai yw 1000 μm, mae'r mandylledd yn 0.6, mae'r pwysedd twf yn 300 Pa, ac mae'r amser twf yn 100 h. . Mae trwch PG yn 5 mm, mae'r diamedr yn hafal i ddiamedr mewnol y crucible, ac mae wedi'i leoli 30 mm uwchben y deunydd crai. Ystyrir prosesau sychdarthiad, carbonoli ac ailgrisialu'r parth deunydd crai yn y cyfrifiad, ac ni ystyrir yr adwaith rhwng sylweddau cyfnod PG a nwy. Mae’r paramedrau priodweddau ffisegol sy’n gysylltiedig â’r cyfrifiad i’w gweld yn Nhabl 1.
Ffigur 1 Model cyfrifiad efelychiad. (a) Model maes thermol ar gyfer efelychu twf grisial; ( b ) Rhannu ardal fewnol y crucible a phroblemau corfforol cysylltiedig
Tabl 1 Rhai paramedrau ffisegol a ddefnyddiwyd yn y cyfrifiad
Mae Ffigur 2(a) yn dangos bod tymheredd y strwythur sy'n cynnwys PG (a ddynodir fel adeiledd 1) yn uwch na thymheredd y strwythur di-PG (a ddynodir fel strwythur 0) o dan PG, ac yn is na thymheredd strwythur 0 uwchlaw PG. Mae'r graddiant tymheredd cyffredinol yn cynyddu, ac mae PG yn gweithredu fel asiant inswleiddio gwres. Yn ôl Ffigurau 2(b) a 2(c), mae graddiannau tymheredd echelinol a rheiddiol strwythur 1 yn y parth deunydd crai yn llai, mae'r dosbarthiad tymheredd yn fwy unffurf, ac mae sychdarthiad y deunydd yn fwy cyflawn. Yn wahanol i'r parth deunydd crai, mae Ffigur 2(c) yn dangos bod y graddiant tymheredd rheiddiol yn y grisial hadau o strwythur 1 yn fwy, a allai gael ei achosi gan y gwahanol gyfrannau o wahanol ddulliau trosglwyddo gwres, sy'n helpu'r grisial i dyfu gyda rhyngwyneb amgrwm. . Yn Ffigur 2(d), mae'r tymheredd mewn gwahanol safleoedd yn y crucible yn dangos tuedd gynyddol wrth i'r twf fynd rhagddo, ond mae'r gwahaniaeth tymheredd rhwng strwythur 0 a strwythur 1 yn gostwng yn raddol yn y parth deunydd crai ac yn cynyddu'n raddol yn y siambr dwf.
Ffigur 2 Dosbarthiad tymheredd a newidiadau yn y crocible. (a) Dosbarthiad tymheredd y tu mewn i'r crucible o strwythur 0 (chwith) a strwythur 1 (dde) ar 0 h, uned: ℃; (b) Dosbarthiad tymheredd ar linell ganol y crucible o adeiledd 0 a strwythur 1 o waelod y deunydd crai i'r grisial hadau ar 0 h; (c) Dosbarthiad tymheredd o'r canol i ymyl y crucible ar yr wyneb grisial hadau (A) a'r wyneb deunydd crai (B), canol (C) a gwaelod (D) ar 0 h, yr echelin lorweddol r yw'r radiws crisial hadau ar gyfer A, a radiws ardal y deunydd crai ar gyfer B~D; (ch) Newidiadau tymheredd yng nghanol rhan uchaf (A), arwyneb deunydd crai (B) a chanol (C) y siambr dwf o strwythur 0 a strwythur 1 ar 0, 30, 60, a 100 h.
Mae Ffigur 3 yn dangos y cludiant deunydd ar wahanol adegau yn y crucible o strwythur 0 a strwythur 1. Mae cyfradd llif deunydd cyfnod nwy yn yr ardal deunydd crai a'r siambr twf yn cynyddu gyda chynnydd y sefyllfa, ac mae'r cludiant deunydd yn gwanhau wrth i'r twf fynd rhagddo . Mae Ffigur 3 hefyd yn dangos, o dan yr amodau efelychu, bod y deunydd crai yn graffitizes yn gyntaf ar wal ochr y crucible ac yna ar waelod y crucible. Yn ogystal, mae ailgrisialu ar wyneb y deunydd crai ac mae'n tewhau'n raddol wrth i'r twf fynd rhagddo. Mae Ffigurau 4(a) a 4(b) yn dangos bod cyfradd llif y deunydd y tu mewn i'r deunydd crai yn gostwng wrth i'r twf fynd rhagddo, a bod cyfradd llif y deunydd ar 100 h tua 50% o'r eiliad gychwynnol; fodd bynnag, mae'r gyfradd llif yn gymharol fawr ar yr ymyl oherwydd graffitization y deunydd crai, ac mae'r gyfradd llif ar yr ymyl yn fwy na 10 gwaith yn fwy na'r gyfradd llif yn yr ardal ganol ar 100 h; yn ogystal, mae effaith PG yn strwythur 1 yn gwneud y gyfradd llif deunydd yn ardal deunydd crai strwythur 1 yn is na strwythur 0. Yn Ffigur 4(c), mae'r llif deunydd yn yr ardal deunydd crai a'r siambr twf yn gwanhau'n raddol wrth i'r twf fynd rhagddo, ac mae'r llif deunydd yn yr ardal deunydd crai yn parhau i ostwng, sy'n cael ei achosi gan agor y sianel llif aer ar ymyl y crucible a rhwystr ailgrisialu ar y brig; yn y siambr dwf, mae cyfradd llif deunydd strwythur 0 yn gostwng yn gyflym yn y 30 h cychwynnol i 16%, a dim ond yn gostwng 3% yn yr amser dilynol, tra bod strwythur 1 yn parhau i fod yn gymharol sefydlog trwy gydol y broses dwf. Felly, mae PG yn helpu i sefydlogi'r gyfradd llif deunydd yn y siambr dwf. Mae Ffigur 4(d) yn cymharu cyfradd llif y deunydd ar flaen twf grisial. Ar hyn o bryd cychwynnol a 100 h, mae'r cludiant deunydd ym mharth twf strwythur 0 yn gryfach na'r un yn strwythur 1, ond mae ardal cyfradd llif uchel bob amser ar ymyl strwythur 0, sy'n arwain at dwf gormodol ar yr ymyl . Mae presenoldeb PG yn strwythur 1 i bob pwrpas yn atal y ffenomen hon.
Ffigur 3 Llif deunydd yn y crucible. Symleiddio (chwith) a fectorau cyflymder (dde) cludo deunydd nwy yn adeileddau 0 ac 1 ar adegau gwahanol, uned fector cyflymder: m/s
Ffigur 4 Newidiadau yn y gyfradd llif deunydd. (a) Newidiadau yn y dosbarthiad cyfradd llif deunydd yng nghanol y deunydd crai o strwythur 0 ar 0, 30, 60, a 100 h, r yw radiws yr ardal deunydd crai; (b) Newidiadau yn y dosbarthiad cyfradd llif deunydd yng nghanol y deunydd crai o strwythur 1 ar 0, 30, 60, a 100 h, r yw radiws yr ardal deunydd crai; (c) Newidiadau yn y gyfradd llif deunydd y tu mewn i'r siambr twf (A, B) a thu mewn i'r deunydd crai (C, D) o strwythurau 0 ac 1 dros amser; (ch) Dosbarthiad cyfradd llif deunydd ger wyneb grisial hadau strwythurau 0 ac 1 ar 0 a 100 h, r yw radiws y grisial hadau
Mae C / Si yn effeithio ar sefydlogrwydd crisialog a dwysedd diffygion twf grisial SiC. Mae Ffigur 5(a) yn cymharu dosbarthiad cymhareb C/Si o'r ddau strwythur ar y foment gychwynnol. Mae'r gymhareb C/Si yn gostwng yn raddol o waelod i frig y crucible, ac mae cymhareb C/Si strwythur 1 bob amser yn uwch na chymhareb strwythur 0 mewn gwahanol safleoedd. Mae Ffigurau 5(b) a 5(c) yn dangos bod y gymhareb C/Si yn cynyddu'n raddol gyda thwf, sy'n gysylltiedig â'r cynnydd mewn tymheredd mewnol yng nghyfnod diweddarach y twf, gwella graffiteiddio deunydd crai, ac adwaith Si. cydrannau yn y cyfnod nwy gyda'r crucible graffit. Yn Ffigur 5(d), mae cymarebau C/Si strwythur 0 a strwythur 1 yn dra gwahanol islaw PG (0, 25 mm), ond ychydig yn wahanol uwchlaw PG (50 mm), ac mae'r gwahaniaeth yn cynyddu'n raddol wrth iddo nesáu at y grisial . Yn gyffredinol, mae cymhareb C/Si strwythur 1 yn uwch, sy'n helpu i sefydlogi'r ffurf grisial a lleihau'r tebygolrwydd o drawsnewid cyfnod.
Ffigur 5 Dosbarthiad a newidiadau yn y gymhareb C/Si. (a) dosraniad cymhareb C/Si mewn crucibles adeiledd 0 (chwith) ac adeiledd 1 (dde) ar 0 h; (b) Cymhareb C/Si ar bellteroedd gwahanol o linell ganol y crucible o adeiledd 0 ar adegau gwahanol (0, 30, 60, 100 h); (c) Cymhareb C/Si ar bellteroedd gwahanol o linell ganol y crucible o adeiledd 1 ar adegau gwahanol (0, 30, 60, 100 h); (ch) Cymharu cymhareb C/Si ar wahanol bellteroedd (0, 25, 50, 75, 100 mm) o linell ganol y crysibl o adeiledd 0 (llinell solet) a strwythur 1 (llinell doriad) ar wahanol adegau (0, 30, 60, 100 h).
Mae Ffigur 6 yn dangos y newidiadau mewn diamedr gronynnau a mandylledd rhanbarthau deunydd crai y ddau strwythur. Mae'r ffigur yn dangos bod diamedr y deunydd crai yn gostwng ac mae'r mandylledd yn cynyddu ger y wal crucible, ac mae'r mandylledd ymyl yn parhau i gynyddu ac mae diamedr y gronynnau yn parhau i ostwng wrth i'r twf fynd rhagddo. Mae'r mandylledd ymyl uchaf tua 0.99 ar 100 h, ac mae'r diamedr gronynnau lleiaf tua 300 μm. Mae diamedr y gronynnau yn cynyddu ac mae'r mandylledd yn lleihau ar wyneb uchaf y deunydd crai, sy'n cyfateb i ailgrisialu. Mae trwch yr ardal ailgrisialu yn cynyddu wrth i'r twf fynd rhagddo, ac mae maint y gronynnau a'r mandylledd yn parhau i newid. Mae diamedr y gronynnau uchaf yn cyrraedd mwy na 1500 μm, a'r mandylledd lleiaf yw 0.13. Yn ogystal, gan fod PG yn cynyddu tymheredd yr ardal deunydd crai a bod y gorlifiad nwy yn fach, mae trwch ailgrisialu rhan uchaf deunydd crai strwythur 1 yn fach, sy'n gwella'r gyfradd defnyddio deunydd crai.
Ffigur 6 Newidiadau mewn diamedr gronynnau (chwith) a mandylledd (dde) yr ardal deunydd crai o strwythur 0 a strwythur 1 ar wahanol adegau, uned diamedr gronynnau: μm
Mae Ffigur 7 yn dangos bod strwythur 0 warps ar ddechrau twf, a allai fod yn gysylltiedig â'r gyfradd llif deunydd gormodol a achosir gan grafitization ymyl y deunydd crai. Mae gradd y warping yn cael ei wanhau yn ystod y broses dwf ddilynol, sy'n cyfateb i'r newid yn y gyfradd llif deunydd ar flaen twf grisial strwythur 0 yn Ffigur 4 (d). Yn strwythur 1, oherwydd effaith PG, nid yw'r rhyngwyneb grisial yn dangos warping. Yn ogystal, mae PG hefyd yn gwneud cyfradd twf strwythur 1 yn sylweddol is na chyfradd 0. Mae trwch canol y grisial o strwythur 1 ar ôl 100 h yn ddim ond 68% o strwythur 0.
Ffigur 7 Newidiadau rhyngwyneb strwythur 0 a grisialau strwythur 1 ar 30, 60, a 100 h
Cynhaliwyd twf grisial o dan amodau proses efelychiad rhifiadol. Dangosir y crisialau a dyfwyd gan adeiledd 0 ac adeiledd 1 yn Ffigur 8(a) a Ffigur 8(b), yn y drefn honno. Mae grisial strwythur 0 yn dangos rhyngwyneb ceugrwm, gyda tonniadau yn yr ardal ganolog a thrawsnewidiad cyfnod ar yr ymyl. Mae'r convexity arwyneb yn cynrychioli rhywfaint o anhomogenedd wrth gludo deunyddiau cyfnod nwy, ac mae digwyddiad trawsnewid cyfnod yn cyfateb i'r gymhareb C/Si isel. Mae rhyngwyneb y grisial a dyfir gan strwythur 1 ychydig yn amgrwm, ni chanfyddir trawsnewidiad cam, ac mae'r trwch yn 65% o'r grisial heb PG. Yn gyffredinol, mae'r canlyniadau twf grisial yn cyfateb i'r canlyniadau efelychu, gyda gwahaniaeth tymheredd rheiddiol mwy ar ryngwyneb grisial strwythur 1, mae'r twf cyflym ar yr ymyl yn cael ei atal, ac mae'r gyfradd llif deunydd gyffredinol yn arafach. Mae'r duedd gyffredinol yn gyson â'r canlyniadau efelychiad rhifiadol.
Ffigur 8 Crisialau SiC wedi'u tyfu o dan strwythur 0 a strwythur 1
Casgliad
Mae PG yn ffafriol i wella tymheredd cyffredinol yr ardal deunydd crai a gwella unffurfiaeth tymheredd echelinol a rheiddiol, gan hyrwyddo sychdarthiad a defnydd llawn o'r deunydd crai; mae'r gwahaniaeth tymheredd uchaf a gwaelod yn cynyddu, ac mae graddiant radial yr wyneb grisial hadau yn cynyddu, sy'n helpu i gynnal twf y rhyngwyneb convex. O ran trosglwyddo màs, mae cyflwyno PG yn lleihau'r gyfradd trosglwyddo màs gyffredinol, mae'r gyfradd llif deunydd yn y siambr twf sy'n cynnwys PG yn newid yn llai gydag amser, ac mae'r broses dwf gyfan yn fwy sefydlog. Ar yr un pryd, mae PG hefyd yn effeithiol yn atal y digwyddiad o drosglwyddo màs ymyl gormodol. Yn ogystal, mae PG hefyd yn cynyddu cymhareb C/Si yr amgylchedd twf, yn enwedig ar ymyl blaen y rhyngwyneb grisial hadau, sy'n helpu i leihau'r newid cam yn ystod y broses dwf. Ar yr un pryd, mae effaith inswleiddio thermol PG yn lleihau'r achosion o ailgrisialu yn rhan uchaf y deunydd crai i raddau. Ar gyfer twf grisial, mae PG yn arafu'r gyfradd twf grisial, ond mae'r rhyngwyneb twf yn fwy convex. Felly, mae PG yn ffordd effeithiol o wella amgylchedd twf crisialau SiC a gwneud y gorau o ansawdd grisial.
Amser postio: Mehefin-18-2024