Pêvajoya bingehîn yaSiCmezinbûna krîstal di nav germahîya bilind de, hilkişîna maddeyên qonaxa gazê di bin çalakiya gradienta germahiyê de, û mezinbûna ji nû ve krîstalîzasyona maddeyên qonaxa gazê li krîstala tovê dabeşkirin û hilweşandina madeyên xav tê dabeş kirin. Li ser vê yekê, hundurê kulmê li sê beşan tê dabeş kirin: qada madeya xav, odeya mezinbûnê û krîstala tovê. Modelek simulasyona hejmarî li ser bingeha berxwedaniya rastîn hate kişandinSiCAmûrên mezinbûna yek krîstal (binêre Xiflteya 1). Di jimartinê de: binê yacrucible90 mm ji binê germa kêlekê dûr e, germahiya jorîn a kerpîçê 2100 ℃ e, pîvana perçeya madeya xav 1000 μm ye, porozî 0,6 e, zexta mezinbûnê 300 Pa ye, û dema mezinbûnê 100 saet e. . Kûrahiya PG-ê 5 mm e, pîvaz bi pîvana hundurê qulikê re wekhev e, û ew 30 mm li jor madeya xav e. Pêvajoyên sublimasyon, karbonîzasyon, û ji nû ve krîstalîzasyona qada madeya xav di hesabkirinê de têne hesibandin, û reaksiyona di navbera PG û madeyên qonaxa gazê de nayê hesibandin. Parametreyên taybetmendiya laşî yên bi hesabkirinê ve di Tablo 1 de têne xuyang kirin.
Figure 1 Modela hesabkirina simulasyonê. (a) Modela zeviya germî ya ji bo simulasyona mezinbûna krîstal; (b) Dabeşkirina qada hundurîn a kêşanê û pirsgirêkên laşî yên têkildar
Tablo 1 Hin pîvanên fizîkî yên ku di hesabkirinê de têne bikar anîn
Xiflteya 2(a) nîşan dide ku germahiya avahiya PG-ê (wekî avahiyek 1 tê destnîşan kirin) ji ya avahiya bê PG (wek avahiyek 0 tê destnîşan kirin) li jêr PG, û ji ya avahiya 0 ya li jor PG kêmtir e. Pîvana germahiya giştî zêde dibe, û PG wekî kargêrek germ-insulasyonê tevdigere. Li gorî jimarên 2(b) û 2(c), pileyên germahiya eksî û radîkal ên avahiya 1-ê di qada madeya xav de piçûktir in, belavkirina germahiyê yekrengtir e, û binavbûna materyalê temamtir e. Berevajî devera maddeya xav, Figure 2(c) nîşan dide ku pileya germahiya radîkal li krîstala tovê avahiyek 1 mezintir e, ku dibe ku ji ber rêjeyên cihêreng ên awayên veguheztina germê yên cihêreng çêbibe, ku dibe alîkar ku krîstal bi navbeynek vekêşk mezin bibe. . Di xêza 2(d) de, germahîya li cihên cihêreng ên di qurmê de her ku mezinbûn pêşve diçe meylek zêdebûnê nîşan dide, lê cûdahiya germahiyê di navbera avahiya 0 û avahiya 1 de hêdî hêdî li qada madeya xav kêm dibe û hêdî hêdî di jûreya mezinbûnê de zêde dibe.
Figure 2 Dabeşkirina germahiyê û guhertinên di keriyê de. (a) Dabeşkirina germahiyê di hundurê çerxa avahiyê 0 (çep) û avahiya 1 (rast) di saet 0 de, yekîneya: ℃; (b) Dabeşkirina germahiyê li ser xeta navendê ya çerxa strukturê 0 û avahiya 1 ji binê madeya xav heya krîstala tovê di 0 demjimêran de; (c) Dabeşkirina germahiyê ji navendê berbi qiraxa keresteyê li ser rûbera krîstala tovê (A) û rûbera madeya xav (B), navîn (C) û binî (D) di 0 saetan de, teşeya horizontî r e. Tîrêja krîstal a tovê ji bo A, û tîrêjê devera madeya xam ji bo B~D; (d) Guhertina germahiyê li navenda beşa jorîn (A), rûbera madeya xav (B) û navîn (C) ya odeya mezinbûnê ya avahiya 0 û avahiya 1 di 0, 30, 60 û 100 demjimêran de.
Xiflteya 3 veguheztina materyalê di demên cihêreng de di çerxa avahîsaziya 0 û avahiya 1 de nîşan dide. Rêjeya herikîna materyalê ya qonaxa gazê li qada madeya xav û odeya mezinbûnê bi zêdebûna pozîsyonê re zêde dibe, û her ku mezinbûn pêşve diçe veguheztina materyal qels dibe. . Xiflteya 3 jî nîşan dide ku di bin şert û mercên simulasyonê de, maddeya xav pêşî li dîwarê kêlekê û dûv re jî li binê qurmê grafîtê dike. Digel vê yekê, li ser rûyê madeya xav ji nû ve krîstalîzasyon heye û her ku mezinbûn pêşve diçe hêdî hêdî qalind dibe. Wêneyên 4(a) û 4(b) nîşan didin ku rêjeya herikîna materyalê di hundurê maddeya xav de her ku geş dibe kêm dibe, û rêjeya herikîna materyalê di 100 demjimêran de bi qasî 50% ji dema destpêkê ye; lebê, rêjeya herikîna li qiraxa nisbeten mezin e ji ber grafîtîkirina madeya xav, û rêjeya herikîna li qiraxa zêdetir ji 10 caran ji rêjeya herikîna li herêma navîn di 100 h; ji bilî vê, bandora PG di avahiya 1 de rêjeya herikîna materyalê di qada madeya xav a avahiya 1 de ji ya strukturê 0 kêmtir dike. Di xêza 4(c) de, herikîna maddî hem di qada madeya xav de hem jî di jûreya mezinbûnê her ku diçe mezinbûn hêdî hêdî qels dibe, û herikîna maddeyê li devera madeya xav kêmbûna xwe berdewam dike, ku ev yek ji ber vekirina kanala herikîna hewayê li kêleka xaçerê û astengkirina ji nû ve krîstalîzasyon li jor; di jûreya mezinbûnê de, rêjeya herikîna maddî ya avahîsaziyê 0 di 30 demjimêrên destpêkê de bi lez kêm dibe 16%, û di dema paşîn de tenê 3% kêm dibe, dema ku avahiya 1 di tevahiya pêvajoya mezinbûnê de bi îstîqrar dimîne. Ji ber vê yekê, PG ji bo aramkirina rêjeya herikîna materyalê di odeya mezinbûnê de dibe alîkar. Wêneya 4 (d) rêjeya herikîna materyalê li eniya mezinbûna krîstal dide ber hev. Di dema destpêkê û 100 demjimêran de, veguheztina materyalê li devera mezinbûnê ya avahiya 0 ji ya di avahiya 1 de bihêztir e, lê her gav li devê avahiya 0 deverek rêjeya herikînê ya bilind heye, ku dibe sedema mezinbûna zêde li kêlekê. . Hebûna PG di avahiya 1 de bi bandor vê diyardeyê ditepisîne.
Figure 3 Herikîna maddeyên di keriyê de. Xêzên rêkûpêk (çep) û vektorên leza (rast) veguheztina materyalê gazê di avahîyên 0 û 1 de di demên cûda de, yekeya vektora lezê: m/s
Figure 4 Guhertinên di rêjeya herikîna materyalê de. (a) Guhertinên di belavkirina rêjeya herikîna materyalê de di nîvê madeya xav a avahiya 0 de di demjimêrên 0, 30, 60 û 100 de, r tîrêjê qada madeya xav e; (b) Guhertinên di belavkirina rêjeya herikîna materyalê de di nîvê madeya xav a avahiya 1 de di demjimêrên 0, 30, 60 û 100 de, r tîrêjê qada madeya xav e; (c) Guhertinên di rêjeya herikîna materyalê de di hundurê jûreya mezinbûnê (A, B) û di hundurê maddeya xav (C, D) a strukturên 0 û 1 de bi demê re; (d) Dabeşkirina rêjeya herikîna materyalê li nêzê rûbera krîstala tovê avaniyên 0 û 1 di 0 û 100 demjimêran de, r tîrêjiya krîstala tovê ye.
C/Si bandorê li aramiya krîstal û kêmasiya mezinbûna krîstal a SiC dike. Xiflteya 5(a) belavkirina rêjeya C/Si ya du avahiyan di dema destpêkê de dide ber hev. Rêjeya C/Si gav bi gav ji binî ber bi jor ê xapînokê kêm dibe, û rêjeya C/Si ya strukturê 1 her gav ji ya avahiya 0 li cihên cihêreng bilindtir e. Wêneyên 5(b) û 5(c) destnîşan dikin ku bi mezinbûnê re rêjeya C/Si gav bi gav zêde dibe, ku bi zêdebûna germahiya hundurîn di qonaxa paşîn a mezinbûnê de, zêdekirina grafîtîkirina madeya xav, û berteka Si ve girêdayî ye. pêkhateyên di qonaxa gazê de bi kerba grafît. Di xêza 5(d) de, rêjeyên C/Si yên avahîsaziya 0 û avahiya 1 li jêr PG (0, 25 mm) bi tevahî cûda ne, lê li ser PG (50 mm) hinekî cûda ne, û ferq gav bi gav zêde dibe her ku ew nêzî krîstalê dibe. . Bi gelemperî, rêjeya C/Si ya avahiya 1 bilindtir e, ku ji aramkirina forma krîstalê re dibe alîkar û îhtîmala derbasbûna qonaxê kêm dike.
Figure 5 Belavbûn û guhertinên rêjeya C/Si. (a) Dabeşkirina rêjeya C/Si di xirbeyên avahiya 0 (çep) û avahiya 1 (rast) di 0 saetan de; (b) Rêjeya C/Si li dûrên cihêreng ji xeta navendê ya strukturê 0 di demên cûda de (0, 30, 60, 100 saetan); (c) Rêjeya C/Si li dûrahiyên cihêreng ji xeta navendê ya strukturê 1 di demên cûda de (0, 30, 60, 100 demjimêr); (d) Berawirdkirina rêjeya C/Si li dûrên cihêreng (0, 25, 50, 75, 100 mm) ji xeta navendê ya xêzikê ya avahîsaziyê 0 (xêza hişk) û avaniya 1 (xêza şikestî) di demên cûda de (0, 30, 60, 100 saetan).
Xiflteya 6 guheztinên di pîvana perçeyê û poroziya deverên madeya xav a her du avahiyan de nîşan dide. Hêjmar nîşan dide ku pîvana maddeya xav kêm dibe û porozîte li nêzê dîwarê xaçparêzê zêde dibe, û poroziya qeraxê her ku diçe zêde dibe û mêjûya perçeyê her ku diçe mezinbûn kêm dibe. Di 100 saetan de pîvaza herî zêde 0,99 e, û pîvana herî hindik a perçeyê bi qasî 300 μm ye. Li ser rûxara jorîn a madeya xav, li gorî ji nû ve krîstalîzasyonê, pîvana perçeyê zêde dibe û porozîte kêm dibe. Her ku mezinbûn pêşve diçe qalindahiya devera ji nû ve krîstalîzasyonê zêde dibe, û mezinahiya parçik û porozî berdewam diguhere. Dirêjahiya herî zêde ya perçeyê digihîje zêdetirî 1500 μm, û poroziya herî kêm 0.13 e. Digel vê yekê, ji ber ku PG germahiya devera madeya xav zêde dike û serpêhatiya gazê piçûk e, stûrbûna ji nû ve kristalîzasyona beşa jorîn a madeya xav a avahiya 1 piçûk e, ku rêjeya karanîna madeya xav çêtir dike.
Figure 6 Guhertinên di mêjera parçikê de (çep) û porazîbûn (rast) ya qada madeya xav a avahîsaziyê 0 û avahiya 1 di demên cûda de, yekîneya pîvana perçeyê: μm
Xiflteya 7 nîşan dide ku avahîsaziya 0 di destpêka mezinbûnê de diqelişe, ku dibe ku bi rêjeya herikîna materyalê ya zêde ya ku ji ber grafîtîkirina keviya madeya xav ve girêdayî ye ve girêdayî be. Di pêvajoya mezinbûnê ya paşîn de dereceya şorbûnê qels dibe, ku bi guheztina rêjeya herikîna maddî ya li pêşiya mezinbûna krîstal a strukturê 0 ya di Figure 4 (d) de têkildar e. Di avahiya 1-ê de, ji ber bandora PG-ê, pêveka krîstal guheztinê nîşan nade. Digel vê yekê, PG rêjeya mezinbûna avahiya 1 jî ji ya strukturê 0 bi girîngî kêmtir dike. Stûriya navendî ya krîstala strukturê 1 piştî 100 demjimêran tenê 68% ji ya avahiya 0 ye.
Figure 7 Guhertinên navberê yên avahîsaziya 0 û krîstalên avaniya 1 di 30, 60 û 100 demjimêran de
Mezinbûna krîstal di bin şert û mercên pêvajoyê yên simulasyona hejmarî de pêk hat. Krîstalên ku ji hêla avahiya 0 û avahiya 1 ve têne mezin kirin bi rêzê di Figure 8 (a) û Figure 8 (b) de têne xuyang kirin. Krîstala strukturê 0 têkiliyek binavkirî, bi guheztinên li devera navendî û veguheztina qonaxê li kêlekê nîşan dide. Di veguheztina materyalên qonax-gazê de rêjeyek nehomojenîtiyê nîşan dide û rûdana veguheztina qonaxê bi rêjeya kêm C/Si re têkildar e. Navbera krîstalê ya ku ji hêla avahiya 1 ve hatî mezin kirin hindik hûrik e, veguheztina qonaxê nayê dîtin, û qalindahî 65% ji krîstalê bêyî PG ye. Bi gelemperî, encamên mezinbûna krîstal bi encamên simulasyonê re têkildar in, bi cûdahiyek germahiya radîkal a mezintir li navbera krîstal a strukturê 1, mezinbûna bilez a li devê tepisandinê ye, û rêjeya herikîna materyalê ya giştî hêdîtir e. Meyla giştî bi encamên simulasyona hejmarî re hevaheng e.
Figure 8 Krîstalên SiC ku di bin avahiya 0 û avahiya 1 de mezin bûne
Xelasî
PG ji bo baştirkirina germahiya giştî ya qada madeya xav û başkirina yekdestiya germahiya axial û radîkal arîkar e, ku tamkirina tam û karanîna madeya xav pêşve dike; ciyawaziya germahiya jorîn û jêrîn zêde dibe, û gradienta radîkal a rûbera krîstala tovê zêde dibe, ku ev yek ji bo domandina mezinbûna navbeynkariya konveks dibe alîkar. Di warê veguheztina girseyî de, danasîna PG rêjeya veguheztina girseyî ya giştî kêm dike, rêjeya herikîna materyalê di odeya mezinbûnê ya ku PG tê de ye bi demê re kêmtir diguhere, û tevahiya pêvajoya mezinbûnê aramtir e. Di heman demê de, PG di heman demê de bi bandor bûyera veguheztina girseya zêde ya qeraxê jî asteng dike. Wekî din, PG di heman demê de rêjeya C/Si ya hawîrdora mezinbûnê jî zêde dike, nemaze li qeraxa pêşîn a navbera tovê krîstalê, ku di pêvajoya mezinbûnê de dibe alîkar ku bûyera guherîna qonaxê kêm bike. Di heman demê de, bandora însulasyona germî ya PG-ê heya radeyekê bûyera ji nû ve krîstalîzasyonê di beşa jorîn a madeya xav de kêm dike. Ji bo mezinbûna krîstal, PG rêjeya mezinbûna krîstal hêdî dike, lê pêwendiya mezinbûnê bêtir tevlihev e. Ji ber vê yekê, PG ji bo baştirkirina hawîrdora mezinbûna krîstalên SiC û xweşbînkirina kalîteya krîstalê amûrek bi bandor e.
Dema şandinê: Jun-18-2024