De basis proses fanSiCkristal groei is ferdield yn sublimaasje en ûntbining fan grûnstoffen by hege temperatuer, ferfier fan gas faze stoffen ûnder de aksje fan temperatuer gradient, en rekristallisaasje groei fan gas faze stoffen by it sied crystal. Op grûn dêrfan is it ynterieur fan de kroes ferdield yn trije dielen: grûnstofgebiet, groeikeamer en siedkristal. In numerike simulaasjemodel waard tekene basearre op 'e eigentlike resistiveSiCsingle crystal groei apparatuer (sjoch figuer 1). Yn de berekkening: de boaiem fan 'ekroesis 90 mm fuort fan 'e boaiem fan' e kant heater, de top temperatuer fan 'e kroes is 2100 ℃, de grûnstof dieltsje diameter is 1000 μm, de porosity is 0,6, de groei druk is 300 Pa, en de groei tiid is 100 h . De PG-dikte is 5 mm, de diameter is lyk oan de binnenste diameter fan 'e kroes, en it leit 30 mm boppe it grûnstof. De sublimaasje-, karbonisaasje- en rekristallisaasjeprosessen fan 'e grûnstofsône wurde beskôge yn' e berekkening, en de reaksje tusken PG- en gasfaze-stoffen wurdt net beskôge. De parameters foar berekkening fan fysike eigendom binne werjûn yn Tabel 1.
figuer 1 Simulaasje berekkening model. (a) Termysk fjildmodel foar kristalgroeisimulaasje; (b) Ferdieling fan it ynterne gebiet fan 'e kroes en relatearre fysike problemen
Tabel 1 Guon fysike parameters brûkt yn de berekkening
Figure 2 (a) lit sjen dat de temperatuer fan de PG-befette struktuer (oantsjutten as struktuer 1) is heger as dy fan de PG-frije struktuer (oantsjutte as struktuer 0) ûnder PG, en leger as dy fan struktuer 0 boppe PG. De totale temperatuergradient nimt ta, en PG fungearret as in waarmte-isolearjende agint. Neffens figueren 2 (b) en 2 (c) binne de axiale en radiale temperatuergradiënten fan struktuer 1 yn 'e grûnstofsône lytser, de temperatuerferdieling is unifoarmer, en de sublimaasje fan it materiaal is folsleiner. Oars as de grûnstof sône, figuer 2 (c) lit sjen dat de radiale temperatuer gradient by de sied crystal fan struktuer 1 is grutter, dat kin wurde feroarsake troch de ferskillende proporsjes fan ferskillende waarmte oerdracht modus, dat helpt it kristal groeie mei in konvex ynterface . Yn figuer 2 (d) toant de temperatuer op ferskillende posysjes yn de kroes in tanimmende trend as de groei foarútgong, mar it temperatuer ferskil tusken struktuer 0 en struktuer 1 stadichoan nimt ôf yn de grûnstof sône en stadichoan nimt ta yn de groei keamer.
figuer 2 Temperatuer ferdieling en feroarings yn de kroes. (a) Temperatuerferdieling binnen de kroes fan struktuer 0 (lofts) en struktuer 1 (rjochts) by 0 h, ienheid: ℃; (b) Temperatuerferdieling op 'e middenline fan' e kroes fan struktuer 0 en struktuer 1 fan 'e boaiem fan' e grûnstof nei it siedkristal op 0 h; (c) Temperatuerferdieling fan it sintrum nei de râne fan 'e kroes op' e siedkristal oerflak (A) en it oerflak fan 'e grûnstof (B), midden (C) en ûnderkant (D) by 0 h, de horizontale as r is de seed crystal radius foar A, en de grûnstof gebiet radius foar B ~ D; (d) Temperatuer feroaret yn it sintrum fan it boppeste diel (A), grûnstof oerflak (B) en midden (C) fan de groei keamer fan struktuer 0 en struktuer 1 by 0, 30, 60, en 100 h.
Figure 3 toant it materiaal ferfier op ferskillende tiden yn de kroes fan struktuer 0 en struktuer 1. De gasfase materiaal flow rate yn it grûnstof gebiet en de groei keamer nimt ta mei de ferheging fan posysje, en it materiaal ferfier swakket as de groei foarútgong . Figuer 3 lit ek sjen dat ûnder de simulaasjebetingsten de grûnstof earst grafitearret op 'e sydmuorre fan' e kroes en dan op 'e boaiem fan' e kroes. Dêrnjonken is der rekristallisaasje op it oerflak fan 'e grûnstof en wurdt it stadichoan dikke as de groei foarútgiet. Figuren 4 (a) en 4 (b) lit sjen dat it materiaal flow rate binnen de grûnstof ôfnimt as de groei foarútgong, en it materiaal flow rate op 100 h is oer 50% fan de earste momint; lykwols, de trochstreaming is relatyf grut oan 'e râne troch de grafitization fan' e grûnstof, en de trochstreaming oan 'e râne is mear as 10 kear dat fan' e trochstreaming yn 'e midden gebiet op 100 h; Derneist makket it effekt fan PG yn struktuer 1 de materiaalstreamsnelheid yn it grûnstofgebiet fan struktuer 1 leger as dat fan struktuer 0. Yn figuer 4(c) is de materiaalstream yn sawol it grûnstofgebiet as de groei keamer stadichoan swakker as de groei foarútgong, en de materiaal stream yn it grûnstof gebiet bliuwt ôfnimme, dat wurdt feroarsake troch de iepening fan de lucht stream kanaal oan 'e râne fan' e kroes en de obstruksje fan rekristallisaasje oan 'e boppekant; yn 'e groei keamer, it materiaal flow rate fan struktuer 0 nimt ôf fluch yn de earste 30 h oan 16%, en allinne nimt ôf mei 3% yn de folgjende tiid, wylst struktuer 1 bliuwt relatyf stabyl hiele groei proses. Dêrom helpt PG om de materiaalstreamsnelheid yn 'e groeikeamer te stabilisearjen. Figure 4 (d) fergeliket it materiaal flow rate by de kristal groei front. Op it earste momint en 100 h is it materiaaltransport yn 'e groeisône fan struktuer 0 sterker as dat yn struktuer 1, mar d'r is altyd in gebiet mei hege trochstreaming oan' e râne fan struktuer 0, wat liedt ta oermjittige groei oan 'e râne . De oanwêzigens fan PG yn struktuer 1 ûnderdrukt dit ferskynsel effektyf.
figuer 3 Materiaal stream yn 'e kroes. Streamlines (links) en snelheidsvektoren (rjochts) fan gasmateriaaltransport yn struktueren 0 en 1 op ferskillende tiden, snelheidsvektorienheid: m/s
figuer 4 Feroarings yn materiaal flow rate. (a) Feroarings yn it materiaal flow rate ferdieling yn 'e midden fan' e grûnstof fan struktuer 0 by 0, 30, 60, en 100 h, r is de straal fan 'e grûnstof gebiet; (b) Feroarings yn it materiaal flow rate ferdieling yn 'e midden fan' e grûnstof fan struktuer 1 by 0, 30, 60 en 100 h, r is de straal fan 'e grûnstof gebiet; (c) Feroaringen yn 'e materiaalstreamsnelheid yn' e groeikeamer (A, B) en binnen de grûnstof (C, D) fan struktueren 0 en 1 oer de tiid; (d) Materiaalstreamferdieling tichtby it siedkristal oerflak fan struktueren 0 en 1 by 0 en 100 h, r is de straal fan it siedkristal
C / Si beynfloedet de kristallijne stabiliteit en defektdichte fan SiC-kristalgroei. Figuer 5 (a) fergeliket de C / Si ferhâlding ferdieling fan de twa struktueren op it earste momint. De C / Si-ferhâlding nimt stadichoan ôf fan 'e boaiem nei de top fan' e kroes, en de C / Si-ferhâlding fan struktuer 1 is altyd heger as dy fan struktuer 0 op ferskate posysjes. Figuren 5(b) en 5(c) litte sjen dat de C/Si-ferhâlding stadichoan tanimt mei groei, wat relatearre is oan de ferheging fan ynterne temperatuer yn it letter stadium fan groei, de ferbettering fan grafitisaasje fan grûnstoffen, en de reaksje fan Si komponinten yn 'e gasfase mei de grafytkroes. Yn figuer 5(d) binne de C/Si-ferhâldingen fan struktuer 0 en struktuer 1 hiel oars ûnder PG (0, 25 mm), mar wat oars boppe PG (50 mm), en it ferskil nimt stadichoan ta as it it kristal benaderet . Yn 't algemien is de C / Si-ferhâlding fan struktuer 1 heger, wat helpt om de kristalfoarm te stabilisearjen en de kâns op faze-oergong te ferminderjen.
figuer 5 Ferdieling en feroarings fan C / Si ratio. (a) C / Si-ferhâlding ferdieling yn kroezen fan struktuer 0 (lofts) en struktuer 1 (rjochts) by 0 h; (b) C / Si ratio op ferskillende ôfstannen fan it sintrum line fan kroes fan struktuer 0 op ferskillende tiden (0, 30, 60, 100 h); (c) C / Si ratio op ferskillende ôfstannen fan it sintrum line fan kroes fan struktuer 1 op ferskillende tiden (0, 30, 60, 100 h); (d) Fergeliking fan C/Si-ferhâlding op ferskate ôfstannen (0, 25, 50, 75, 100 mm) fan 'e middenline fan kroes fan struktuer 0 (solide line) en struktuer 1 (stiple line) op ferskillende tiden (0, 30, 60, 100 h).
Figuer 6 toant de feroarings yn partikeldiameter en porositeit fan grûnstofregio's fan 'e twa struktueren. De figuer lit sjen dat de grûnstof diameter nimt ôf en de porosity nimt ta tichtby de kroes muorre, en de râne porosity bliuwt te fergrutsjen en de dieltsje diameter bliuwt ôfnimme as de groei foarútgong. De maksimale râneporositeit is sawat 0,99 by 100 h, en de minimale dieltsjediameter is sawat 300 μm. De partikeldiameter nimt ta en de porositeit nimt ôf op it boppeste oerflak fan 'e grûnstof, oerienkommende mei rekristallisaasje. De dikte fan it herkristallisaasjegebiet nimt ta as de groei foarútgiet, en de partikelgrutte en porositeit trochgean te feroarjen. De maksimale dieltsjediameter berikt mear as 1500 μm, en de minimale porositeit is 0,13. Dêrneist, sûnt PG fergruttet de temperatuer fan it grûnstof gebiet en de gas supersaturation is lyts, de recrystallization dikte fan it boppeste part fan de grûnstof fan struktuer 1 is lyts, dat ferbetteret de grûnstof utilization rate.
Figuer 6 Feroaringen yn dieltsjediameter (links) en porositeit (rjochts) fan it grûnstofgebiet fan struktuer 0 en struktuer 1 op ferskate tiden, dieltsjediameter-ienheid: μm
Figure 7 lit sjen dat struktuer 0 warps oan it begjin fan groei, dat kin wurde yn ferbân brocht mei de oermjittich materiaal flow rate feroarsake troch de graphitization fan de grûnstof râne. De mjitte fan warping wurdt ferswakke tidens de folgjende groei proses, dat oerienkomt mei de feroaring yn materiaal flow rate oan 'e foarkant fan' e kristal groei fan struktuer 0 yn figuer 4 (d). Yn struktuer 1, troch it effekt fan PG, toant de kristalynterface gjin warping. Dêrnjonken makket PG ek de groei fan struktuer 1 signifikant leger as dy fan struktuer 0. De middendikte fan it kristal fan struktuer 1 nei 100 h is mar 68% fan dy fan struktuer 0.
Ofbylding 7 Interface feroarings fan struktuer 0 en struktuer 1 kristallen by 30, 60, en 100 h
Crystal groei waard útfierd ûnder de proses betingsten fan numerike simulaasje. De kristallen groeid troch struktuer 0 en struktuer 1 wurde werjûn yn respektivelik figuer 8 (a) en figuer 8 (b). It kristal fan struktuer 0 toant in konkave ynterface, mei golvingen yn it sintrale gebiet en in faze-oergong oan 'e râne. De oerflakkonvexiteit stiet foar in bepaalde graad fan inhomogeniteit yn it ferfier fan gasfasematerialen, en it foarkommen fan faze-oergong komt oerien mei de lege C / Si-ferhâlding. De ynterface fan it kristal groeid troch struktuer 1 is wat konvex, gjin faze-oergong wurdt fûn, en de dikte is 65% fan it kristal sûnder PG. Yn it algemien, de kristal groei resultaten oerien mei de simulaasje resultaten, mei in grutter radiale temperatuer ferskil op de kristal ynterface fan struktuer 1, de flugge groei oan de râne wurdt ûnderdrukt, en de totale materiaal flow rate is stadiger. De algemiene trend is yn oerienstimming mei de resultaten fan numerike simulaasje.
Ofbylding 8 SiC-kristallen groeid ûnder struktuer 0 en struktuer 1
Konklúzje
PG is befoarderlik foar it ferbetterjen fan 'e totale temperatuer fan' e grûnstofgebiet en it ferbetterjen fan axiale en radiale temperatueruniformiteit, it befoarderjen fan de folsleine sublimaasje en it brûken fan 'e grûnstof; de boppe- en ûnderste temperatuer ferskil nimt ta, en de radiale gradient fan it sied crystal oerflak nimt ta, dat helpt te behâlden de konvex ynterface groei. Yn termen fan massa oerdracht, de ynfiering fan PG ferleget de totale massa oerdracht taryf, de materiaal flow taryf yn de groei keamer befettet PG feroaret minder mei de tiid, en it hiele groei proses is stabiler. Tagelyk inhibits PG ek effektyf it foarkommen fan oerstallige râne massa oerdracht. Dêrnjonken fergruttet PG ek de C / Si-ferhâlding fan 'e groeiomjouwing, benammen oan' e foarkant fan 'e siedkristallynterface, wat helpt om it foarkommen fan fazeferoaring te ferminderjen tidens it groeiproses. Tagelyk fermindert de termyske isolaasje-effekt fan PG it foarkommen fan rekristallisaasje yn it boppeste diel fan 'e grûnstof oant in bepaalde mjitte. Foar kristal groei, PG fertraget de kristal groei taryf, mar de groei ynterface is mear konvex. Dêrom is PG in effektyf middel om de groeiomjouwing fan SiC-kristallen te ferbetterjen en kristalkwaliteit te optimalisearjen.
Post tiid: Jun-18-2024