Proses dhasar sakaSiCwutah kristal dipérang dadi sublimasi lan dekomposisi bahan mentahan ing suhu dhuwur, transportasi saka bahan kimia phase gas ing tumindak saka gradien suhu, lan rekristalisasi wutah saka bahan kimia phase gas ing kristal wiji. Adhedhasar iki, interior crucible dipérang dadi telung bagean: area bahan mentah, ruang pertumbuhan lan kristal wiji. Model simulasi numerik digambar adhedhasar resistif nyataSiCperalatan wutah kristal siji (ndeleng Figure 1). Ing pitungan: ngisor ingkrucilpunika 90 mm adoh saka ngisor mesin ingkang ndamel benter sisih, suhu ndhuwur crucible punika 2100 ℃, diameteripun partikel bahan mentahan punika 1000 μm, porosity punika 0,6, meksa wutah punika 300 Pa, lan wektu wutah 100 h. . Kekandelan PG yaiku 5 mm, diametere padha karo diameter jero saka crucible, lan dumunung 30 mm ing ndhuwur bahan mentah. Proses sublimasi, karbonisasi, lan rekristalisasi zona bahan mentah dianggep ing pitungan, lan reaksi antarane PG lan zat fase gas ora dianggep. Parameter properti fisik sing gegandhengan karo pitungan ditampilake ing Tabel 1.
Gambar 1 Model kalkulasi simulasi. (a) Model lapangan termal kanggo simulasi pertumbuhan kristal; (b) Divisi area internal saka crucible lan masalah fisik sing gegandhengan
Tabel 1 Sawetara paramèter fisik digunakake ing pitungan
Figure 2 (a) nuduhake yen suhu struktur PG-ngemot (dituduhake minangka struktur 1) luwih dhuwur tinimbang struktur PG-free (dilambangake minangka struktur 0) ngisor PG, lan luwih murah tinimbang struktur 0 ndhuwur PG. Gradien suhu sakabèhé mundhak, lan PG tumindak minangka agen insulasi panas. Miturut Figures 2 (b) lan 2 (c), gradients suhu sumbu lan radial saka struktur 1 ing zona bahan mentahan luwih cilik, distribusi suhu luwih seragam, lan sublimation materi luwih lengkap. Boten kados zona mentahan, Figure 2 (c) nuduhake yen gradien suhu radial ing kristal wiji saka struktur 1 luwih gedhe, kang bisa disebabake takeran beda saka mode transfer panas beda, kang mbantu kristal tuwuh karo antarmuka cembung. . Ing Figure 2 (d), suhu ing macem-macem posisi ing crucible nuduhake gaya nambah minangka wutah progresses, nanging prabédan suhu antarane struktur 0 lan struktur 1 mboko sithik sudo ing zona bahan mentahan lan mboko sithik mundhak ing kamar wutah.
Gambar 2 Distribusi suhu lan owah-owahan ing crucible. (a) Distribusi suhu ing jero crucible struktur 0 (kiwa) lan struktur 1 (tengen) ing 0 h, unit: ℃; (b) Distribusi suhu ing garis tengah crucible struktur 0 lan struktur 1 saka ngisor bahan mentah menyang kristal wiji ing 0 h; (c) Distribusi suhu saka tengah menyang pinggir crucible ing lumahing kristal wiji (A) lan lumahing bahan mentah (B), tengah (C) lan ngisor (D) ing 0 h, sumbu horisontal r punika radius kristal wiji kanggo A, lan radius area bahan baku kanggo B~D; (d) Owah-owahan suhu ing tengah bagean ndhuwur (A), lumahing bahan mentah (B) lan tengah (C) saka kamar wutah saka struktur 0 lan struktur 1 ing 0, 30, 60, lan 100 h.
Figure 3 nuduhake transportasi materi ing wektu sing beda-beda ing crucible saka struktur 0 lan struktur 1. Tingkat aliran materi phase gas ing wilayah bahan mentahan lan kamar wutah mundhak karo Tambah saka posisi, lan transportasi materi weakens minangka wutah progresses . Figure 3 uga nuduhake yen ing kahanan simulasi, materi mentahan pisanan graphitizes ing tembok sisih crucible lan banjur ing ngisor crucible. Kajaba iku, ana recrystallization ing lumahing bahan mentahan lan mboko sithik thickens minangka wutah progresses. Tokoh 4(a) lan 4(b) nuduhake yen tingkat aliran materi nang bahan mentahan sudo minangka wutah progresses, lan tingkat aliran materi ing 100 h kira 50% saka wayahe dhisikan; Nanging, tingkat aliran relatif gedhe ing pinggir amarga grafitisasi bahan mentah, lan tingkat aliran ing pinggir luwih saka 10 kaping saka tingkat aliran ing wilayah tengah ing 100 h; Kajaba iku, efek PG ing struktur 1 ndadekake tingkat aliran materi ing area bahan mentah saka struktur 1 luwih murah tinimbang struktur 0. Ing Gambar 4(c), aliran materi ing area bahan mentah lan kamar wutah mboko sithik weakens minangka wutah progresses, lan aliran materi ing wilayah materi mentahan terus suda, kang disebabake bukaan saka saluran aliran online ing pojok crucible lan alangan saka recrystallization ing ndhuwur; ing kamar wutah, tingkat aliran materi saka struktur 0 sudo kanthi cepet ing awal 30 h kanggo 16%, lan mung sudo dening 3% ing wektu sakteruse, nalika struktur 1 tetep relatif stabil ing saindhenging proses wutah. Mulane, PG mbantu kanggo stabil tingkat aliran materi ing kamar wutah. Gambar 4(d) mbandhingake tingkat aliran materi ing ngarep wutah kristal. Ing wayahe wiwitan lan 100 h, transportasi materi ing zona wutah saka struktur 0 luwih kuwat tinimbang ing struktur 1, nanging tansah ana area tingkat aliran dhuwur ing pojok struktur 0, kang ndadékaké kanggo wutah gedhe banget ing pinggiran. . Anane PG ing struktur 1 kanthi efektif nyuda fenomena iki.
Gambar 3 Aliran material ing crucible. Streamlines (kiwa) lan vektor kecepatan (tengen) transportasi bahan gas ing struktur 0 lan 1 ing wektu sing beda, unit vektor kecepatan: m/s
Gambar 4 Owah-owahan ing tingkat aliran materi. (a) Owah-owahan ing distribusi tingkat aliran materi ing tengah bahan baku saka struktur 0 ing 0, 30, 60, lan 100 h, r punika radius area bahan baku; (b) Owah-owahan ing distribusi tingkat aliran materi ing tengah bahan baku struktur 1 ing 0, 30, 60, lan 100 h, r punika radius area bahan baku; (c) Owah-owahan ing tingkat aliran materi ing njero ruangan wutah (A, B) lan ing jero bahan mentah (C, D) saka struktur 0 lan 1 liwat wektu; (d) Distribusi laju aliran material cedhak permukaan kristal wiji saka struktur 0 lan 1 ing 0 lan 100 h, r yaiku radius kristal wiji.
C / Si mengaruhi stabilitas kristal lan Kapadhetan cacat wutah kristal SiC. Gambar 5(a) mbandhingake distribusi rasio C/Si saka rong struktur ing wayahe wiwitan. Rasio C / Si mboko sithik mudhun saka ngisor menyang ndhuwur crucible, lan rasio C / Si saka struktur 1 tansah luwih dhuwur tinimbang struktur 0 ing posisi beda. Gambar 5(b) lan 5(c) nuduhake yen rasio C/Si mboko sithik mundhak kanthi wutah, sing ana hubungane karo kenaikan suhu internal ing tahap pertumbuhan pungkasan, paningkatan grafitisasi bahan mentah, lan reaksi Si. komponen ing fase gas karo crucible grafit. Ing Figure 5(d), rasio C/Si saka struktur 0 lan struktur 1 cukup beda ing ngisor PG (0, 25 mm), nanging rada beda ing ndhuwur PG (50 mm), lan prabédan mboko sithik mundhak nalika nyedhaki kristal. . Umumé, rasio C / Si saka struktur 1 luwih dhuwur, sing mbantu nyetabilake wangun kristal lan nyuda kemungkinan transisi fase.
Gambar 5 Distribusi lan owah-owahan rasio C/Si. (a) Distribusi rasio C/Si ing crucibles saka struktur 0 (kiwa) lan struktur 1 (tengen) ing 0 h; (b) Rasio C / Si ing jarak sing beda saka garis tengah crucible struktur 0 ing wektu sing beda (0, 30, 60, 100 h); (c) Rasio C / Si ing jarak sing beda saka garis tengah crucible struktur 1 ing wektu sing beda (0, 30, 60, 100 h); (d) Perbandingan rasio C/Si ing jarak sing beda (0, 25, 50, 75, 100 mm) saka garis tengah crucible struktur 0 (garis padat) lan struktur 1 (garis putus-putus) ing wektu sing beda (0, 30, 60, 100 jam).
Figure 6 nuduhake owah-owahan ing diameteripun partikel lan porositas saka wilayah bahan mentahan saka loro struktur. Tokoh nuduhake yen diameteripun bahan mentahan sudo lan porosity mundhak cedhak tembok crucible, lan porositas pinggiran terus kanggo nambah lan diameteripun partikel terus suda minangka wutah progresses. Porositas pinggiran maksimum kira-kira 0,99 ing 100 h, lan diameter partikel minimal udakara 300 μm. Dhiameter partikel mundhak lan porositas mudhun ing permukaan ndhuwur bahan mentah, sing cocog karo rekristalisasi. Kekandelan saka wilayah recrystallization mundhak minangka wutah progresses, lan ukuran partikel lan porosity terus ngganti. Dhiameter partikel maksimum tekan luwih saka 1500 μm, lan porositas minimal 0,13. Kajaba iku, wiwit PG mundhak suhu area bahan mentahan lan supersaturation gas cilik, kekandelan recrystallization saka ndhuwur materi mentahan struktur 1 cilik, kang mbenakake tingkat panggunaan bahan mentahan.
Gambar 6 Owah-owahan diameter partikel (kiwa) lan porositas (tengen) saka area bahan mentah saka struktur 0 lan struktur 1 ing wektu sing beda, unit diameter partikel: μm
Figure 7 nuduhake yen struktur 0 warps ing awal wutah, kang bisa related kanggo tingkat aliran materi gedhe banget disebabake graphitization saka pinggiran bahan mentahan. Gelar warping wis weakened sak proses wutah sakteruse, kang cocog karo owah-owahan ing tingkat aliran materi ing ngarep wutah kristal struktur 0 ing Figure 4 (d). Ing struktur 1, amarga efek PG, antarmuka kristal ora nuduhake warping. Kajaba iku, PG uga ndadekake tingkat wutah saka struktur 1 Ngartekno luwih murah tinimbang struktur 0. Kekandelan tengah kristal saka struktur 1 sawise 100 h mung 68% saka struktur 0.
Gambar 7 Owah-owahan antarmuka saka struktur 0 lan struktur 1 kristal ing 30, 60, lan 100 h
Wutah kristal ditindakake ing kahanan proses simulasi numerik. Kristal sing ditanam kanthi struktur 0 lan struktur 1 ditampilake ing Gambar 8 (a) lan Gambar 8 (b). Kristal struktur 0 nuduhake antarmuka cekung, kanthi undulasi ing wilayah tengah lan transisi fase ing pinggir. Convexity lumahing nggambarake tingkat inhomogeneity tartamtu ing transportasi bahan gas-phase, lan kedadeyan transisi phase cocog karo rasio C / Si kurang. Antarmuka kristal sing ditanam kanthi struktur 1 rada cembung, ora ana transisi fase, lan kekandelan 65% saka kristal tanpa PG. Umumé, asil wutah kristal cocog karo asil simulasi, kanthi prabédan suhu radial sing luwih gedhe ing antarmuka kristal struktur 1, wutah kanthi cepet ing pinggiran ditindhes, lan tingkat aliran materi sakabèhé luwih alon. Tren sakabèhé konsisten karo asil simulasi numerik.
Gambar 8 Kristal SiC sing tuwuh ing struktur 0 lan struktur 1
Kesimpulan
PG kondusif kanggo asil dandan saka suhu sakabèhé saka area bahan mentahan lan asil dandan saka sumbu lan radial uniformity suhu, mromosiaken sublimation lengkap lan pemanfaatan saka bahan baku; prabédan suhu ndhuwur lan ngisor mundhak, lan gradien radial saka lumahing kristal wiji mundhak, kang mbantu kanggo njaga wutah antarmuka cembung. Ing babagan transfer massa, introduksi PG nyuda tingkat transfer massa sakabèhé, tingkat aliran materi ing kamar wutah sing ngemot PG owah-owahan kurang karo wektu, lan kabeh proses wutah luwih stabil. Ing wektu sing padha, PG uga efektif nyegah kedadeyan transfer massa pinggiran sing berlebihan. Kajaba iku, PG uga nambah rasio C / Si saka lingkungan wutah, utamané ing pojok ngarep saka antarmuka kristal wiji, kang mbantu kanggo ngurangi kedadeyan saka owah-owahan phase sak proses wutah. Ing wektu sing padha, efek insulasi termal PG nyuda kedadeyan rekristalisasi ing sisih ndhuwur bahan mentah nganti tingkat tartamtu. Kanggo wutah kristal, PG slows mudhun tingkat wutah kristal, nanging antarmuka wutah luwih convex. Mulane, PG minangka sarana sing efektif kanggo ningkatake lingkungan pertumbuhan kristal SiC lan ngoptimalake kualitas kristal.
Wektu kirim: Jun-18-2024