La baza procezo deSiCkristala kresko estas dividita en sublimadon kaj putriĝon de krudmaterialoj ĉe alta temperaturo, transporton de gasfazaj substancoj sub la ago de temperaturgradiento kaj rekristaliĝon de gasfazaj substancoj ĉe la sema kristalo. Surbaze de tio, la interno de la fandujo estas dividita en tri partojn: krudmateriala areo, kreska ĉambro kaj sema kristalo. Nombra simuladmodelo estis desegnita surbaze de la fakta resistivoSiCunukristala kresko ekipaĵo (vidu Figuro 1). En la kalkulo: la fundo de lafandujoestas 90 mm for de la fundo de la flanka hejtilo, la supra temperaturo de la fandujo estas 2100 ℃, la diametro de la partiklo de la krudmaterialo estas 1000 μm, la poreco estas 0,6, la kreska premo estas 300 Pa, kaj la kreskotempo estas 100 h. . La PG-dikeco estas 5 mm, la diametro estas egala al la interna diametro de la fandujo, kaj ĝi situas 30 mm super la kruda materialo. La procezoj de sublimado, karboniĝo kaj rekristaliĝo de la krudmateriala zono estas konsiderataj en la kalkulo, kaj la reago inter PG kaj gasfazaj substancoj ne estas konsiderata. La kalkul-rilataj fizikaj posedaĵparametroj estas montritaj en Tabelo 1.
Figuro 1 Simula kalkulmodelo. (a) Termika kampomodelo por kristala kresko-simulado; (b) Divido de la interna areo de la fandujo kaj rilataj fizikaj problemoj
Tabelo 1 Iuj fizikaj parametroj uzataj en la kalkulo
Figuro 2 (a) montras, ke la temperaturo de la PG-enhava strukturo (indicita kiel strukturo 1) estas pli alta ol tiu de la PG-libera strukturo (indicita kiel strukturo 0) sub PG, kaj pli malalta ol tiu de strukturo 0 super PG. La totala temperaturgradiento pliiĝas, kaj PG funkcias kiel varmoizola agento. Laŭ la figuroj 2(b) kaj 2(c), la aksaj kaj radialaj temperaturgradientoj de strukturo 1 en la krudmateriala zono estas pli malgrandaj, la temperaturdistribuo estas pli unuforma, kaj la sublimado de la materialo estas pli kompleta. Male al la krudmateriala zono, Figuro 2(c) montras, ke la radiala temperaturgradiento ĉe la sema kristalo de strukturo 1 estas pli granda, kio povas esti kaŭzita de la malsamaj proporcioj de malsamaj varmotransiga reĝimoj, kio helpas la kristalon kreski kun konveksa interfaco. . En Figuro 2(d), la temperaturo ĉe malsamaj pozicioj en la fandujo montras kreskantan tendencon dum la kresko progresas, sed la temperaturdiferenco inter strukturo 0 kaj strukturo 1 iom post iom malpliiĝas en la krudmateriala zono kaj iom post iom pliiĝas en la kreska ĉambro.
Figuro 2 Temperaturdistribuo kaj ŝanĝoj en la fandujo. (a) Temperaturdistribuo ene de la fandujo de strukturo 0 (maldekstre) kaj strukturo 1 (dekstre) je 0 h, unuo: ℃; (b) Temperaturdistribuo sur la centra linio de la fandujo de strukturo 0 kaj strukturo 1 de la fundo de la krudaĵo ĝis la sema kristalo je 0 h; (c) Temperaturdistribuo de la centro ĝis la rando de la fandujo sur la sema kristala surfaco (A) kaj la krudmateriala surfaco (B), mezo (C) kaj fundo (D) je 0 h, la horizontala akso r estas la sema kristala radiuso por A, kaj la krudmateriala areoradiuso por B~D; (d) Temperaturo ŝanĝiĝas en la centro de la supra parto (A), krudmateriala surfaco (B) kaj mezo (C) de la kreska ĉambro de strukturo 0 kaj strukturo 1 je 0, 30, 60 kaj 100 h.
Figuro 3 montras la materialan transporton en malsamaj tempoj en la fandujo de strukturo 0 kaj strukturo 1. La gasfaza materiala flukvanto en la krudmateriala areo kaj la kreska ĉambro pliiĝas kun la pliiĝo de pozicio, kaj la materiala transporto malfortiĝas dum la kresko progresas. . Figuro 3 ankaŭ montras, ke sub la simulaj kondiĉoj, la krudaĵo unue grafitiĝas sur la flanka muro de la fandujo kaj poste sur la fundo de la fandujo. Krome, estas rekristaliĝo sur la surfaco de la krudaĵo kaj ĝi iom post iom dikiĝas dum la kresko progresas. Figuroj 4(a) kaj 4(b) montras, ke la materiala flukvanto ene de la krudaĵo malpliiĝas dum la kresko progresas, kaj la materiala flukvanto je 100 h estas ĉirkaŭ 50% de la komenca momento; tamen, la flukvanto estas relative granda ĉe la rando pro la grafitiĝo de la krudaĵo, kaj la flukvanto ĉe la rando estas pli ol 10 fojojn tiu de la flukvanto en la meza areo je 100 h; krome, la efiko de PG en strukturo 1 igas la materialan flukvanton en la krudmateriala areo de la strukturo 1 pli malalta ol tiu de la strukturo 0. En Figuro 4(c), la materiala fluo en ambaŭ la krudmateriala areo kaj la kreska ĉambro iom post iom malfortiĝas dum la kresko progresas, kaj la materiala fluo en la krudmateriala areo daŭre malpliiĝas, kio estas kaŭzita de la malfermo de la aerflua kanalo ĉe la rando de la fandujo kaj la obstrukco de rekristaliĝo ĉe la supro; en la kreskĉambro, la materiala flukvanto de strukturo 0 malpliiĝas rapide en la komencaj 30 h ĝis 16%, kaj nur malpliiĝas je 3% en la posta tempo, dum strukturo 1 restas relative stabila dum la kreskoprocezo. Tial, PG helpas stabiligi la materialan flukvanton en la kreskkamero. Figuro 4 (d) komparas la materialan flukvanton ĉe la kristala kreskofronto. En la komenca momento kaj 100 h, la materiala transporto en la kreskzono de strukturo 0 estas pli forta ol tiu en strukturo 1, sed ĉiam estas alta flua areo ĉe la rando de strukturo 0, kiu kondukas al troa kresko ĉe la rando. . La ĉeesto de PG en strukturo 1 efike subpremas ĉi tiun fenomenon.
Figuro 3 Materiala fluo en la fandujo. Flulinioj (maldekstre) kaj rapidecvektoroj (dekstre) de gasmateriala transporto en strukturoj 0 kaj 1 en malsamaj tempoj, rapidecvektorunuo: m/s
Figuro 4 Ŝanĝoj en materiala flukvanto. (a) Ŝanĝoj en la materiala flua distribuo meze de la krudmaterialo de strukturo 0 ĉe 0, 30, 60 kaj 100 h, r estas la radiuso de la krudmateriala areo; (b) Ŝanĝoj en la materiala flua distribuo meze de la krudmaterialo de strukturo 1 je 0, 30, 60 kaj 100 h, r estas la radiuso de la krudmateriala areo; (c) Ŝanĝoj en la materiala flukvanto ene de la kreskokamero (A, B) kaj ene de la krudaĵo (C, D) de strukturoj 0 kaj 1 laŭlonge de la tempo; (d) Distribuo de materiala flukvanto proksime de la semkristalsurfaco de strukturoj 0 kaj 1 je 0 kaj 100 h, r estas la radiuso de la semkristalo
C/Si influas la kristalan stabilecon kaj difektodensecon de SiC-kristalkresko. Figuro 5 (a) komparas la C/Si-proporcian distribuon de la du strukturoj en la komenca momento. La C/Si-proporcio iom post iom malpliiĝas de la fundo ĝis la supro de la fandujo, kaj la C/Si-proporcio de strukturo 1 estas ĉiam pli alta ol tiu de strukturo 0 ĉe malsamaj pozicioj. Figuroj 5(b) kaj 5(c) montras, ke la rilatumo C/Si iom post iom pliiĝas kun kresko, kio rilatas al la pliiĝo de interna temperaturo en la posta stadio de kresko, la plibonigo de krudmaterialo grafitiĝo, kaj la reago de Si. komponantoj en la gasfazo kun la grafita fandujo. En Figuro 5 (d), la C/Si-proporcioj de strukturo 0 kaj strukturo 1 estas tre malsamaj sub PG (0, 25 mm), sed iomete malsamaj super PG (50 mm), kaj la diferenco iom post iom pliiĝas kiam ĝi alproksimiĝas al la kristalo. . Ĝenerale, la rilatumo C/Si de strukturo 1 estas pli alta, kio helpas stabiligi la kristalan formon kaj redukti la probablecon de faza transiro.
Figuro 5 Distribuo kaj ŝanĝoj de C/Si-proporcio. (a) C/Si-proporciodistribuo en krisoloj de strukturo 0 (maldekstre) kaj strukturo 1 (dekstre) je 0 h; (b) C/Si-proporcio je malsamaj distancoj de la centra linio de fandujo de strukturo 0 en malsamaj tempoj (0, 30, 60, 100 h); (c) C/Si-proporcio je malsamaj distancoj de la centra linio de fandujo de strukturo 1 en malsamaj tempoj (0, 30, 60, 100 h); (d) Komparo de C/Si-proporcio je malsamaj distancoj (0, 25, 50, 75, 100 mm) de la centra linio de fandujo de strukturo 0 (plenlinio) kaj strukturo 1 (strekita linio) en malsamaj tempoj (0, 30, 60, 100 h).
Figuro 6 montras la ŝanĝojn en partiklodiametro kaj poreco de krudmaterialaj regionoj de la du strukturoj. La figuro montras, ke la krudmateriala diametro malpliiĝas kaj la poreco pliiĝas proksime de la krisolmuro, kaj la randporeco daŭre pliiĝas kaj la partiklodiametro daŭre malpliiĝas dum la kresko progresas. La maksimuma randporeco estas proksimume 0.99 je 100 h, kaj la minimuma partiklodiametro estas proksimume 300 μm. La partiklodiametro pliiĝas kaj la poreco malpliiĝas sur la supra surfaco de la krudaĵo, respondante al rekristaliĝo. La dikeco de la rekristaliga areo pliiĝas dum la kresko progresas, kaj la partiklograndeco kaj poreco daŭre ŝanĝiĝas. La maksimuma partiklodiametro atingas pli ol 1500 μm, kaj la minimuma poreco estas 0,13. Krome, ĉar PG pliigas la temperaturon de la krudmateriala areo kaj la gasa supersaturado estas malgranda, la rekristaliga dikeco de la supra parto de la krudmaterialo de strukturo 1 estas malgranda, kio plibonigas la krudmaterialan utiligan indicon.
Figuro 6 Ŝanĝoj en partiklodiametro (maldekstre) kaj poreco (dekstre) de la krudmateriala areo de strukturo 0 kaj strukturo 1 en malsamaj tempoj, partiklodiametra unuo: μm
Figuro 7 montras, ke strukturo 0 varps komence de kresko, kiu povas esti rilatita al la troa materiala flukvanto kaŭzita de la grafitiĝo de la krudmateriala rando. La grado de deformado estas malfortigita dum la posta kreskoprocezo, kiu respondas al la ŝanĝo en materiala flukvanto ĉe la fronto de la kristala kresko de strukturo 0 en Figuro 4 (d). En strukturo 1, pro la efiko de PG, la kristala interfaco ne montras deformadon. Krome, PG ankaŭ faras la kreskorapidecon de strukturo 1 signife pli malalta ol tiu de strukturo 0. La centra dikeco de la kristalo de strukturo 1 post 100 h estas nur 68% de tiu de strukturo 0.
Figuro 7 Interfacŝanĝoj de strukturo 0 kaj strukturo 1 kristaloj je 30, 60, kaj 100 h
Kristalkresko estis efektivigita sub la procezaj kondiĉoj de nombra simulado. La kristaloj kreskigitaj per strukturo 0 kaj strukturo 1 estas montritaj en Figuro 8 (a) kaj Figuro 8 (b), respektive. La kristalo de strukturo 0 montras konkavan interfacon, kun ondoj en la centra areo kaj faztransiro ĉe la rando. La surfaca konvekseco reprezentas certan gradon da malhomogeneco en la transporto de gas-fazaj materialoj, kaj la okazo de faztransiro respondas al la malalta C/Si-proporcio. La interfaco de la kristalo kreskigita per strukturo 1 estas iomete konveksa, neniu faztransiro estas trovita, kaj la dikeco estas 65% de la kristalo sen PG. Ĝenerale, la kristalaj kreskorezultoj respondas al la simulaj rezultoj, kun pli granda radiala temperaturdiferenco ĉe la kristala interfaco de strukturo 1, la rapida kresko ĉe la rando estas subpremita, kaj la totala materiala flukvanto estas pli malrapida. La ĝenerala tendenco kongruas kun la nombraj simuladrezultoj.
Figuro 8 SiC-kristaloj kreskigitaj sub strukturo 0 kaj strukturo 1
Konkludo
PG estas favora al la plibonigo de la ĝenerala temperaturo de la krudmateriala areo kaj la plibonigo de aksa kaj radiala temperaturo unuformeco, antaŭenigante la plenan sublimadon kaj utiligon de la kruda materialo; la supra kaj malsupra temperaturdiferenco pliiĝas, kaj la radiala gradiento de la sema kristalsurfaco pliiĝas, kio helpas konservi la konveksan interfackreskon. Koncerne al amastranslokigo, la enkonduko de PG reduktas la totalan amastransigan indicon, la materiala flukvanto en la kreska ĉambro enhavanta PG malpli ŝanĝiĝas kun la tempo, kaj la tuta kreskoprocezo estas pli stabila. Samtempe, PG ankaŭ efike malhelpas la okazon de troa rando amastranslokigo. Krome, PG ankaŭ pliigas la C/Si-proporcion de la kreskmedio, precipe ĉe la antaŭa rando de la semkristala interfaco, kiu helpas redukti la okazon de fazoŝanĝo dum la kreskprocezo. Samtempe, la termika izola efiko de PG reduktas certagrade la aperon de rekristaliĝo en la supra parto de la krudaĵo. Por kristala kresko, PG malrapidigas la kristalan kreskorapidecon, sed la kreskointerfaco estas pli konveksa. Tial, PG estas efika rimedo por plibonigi la kreskomedion de SiC-kristaloj kaj optimumigi kristalan kvaliton.
Afiŝtempo: Jun-18-2024