Негизги процессSiCкристаллдын өсүшү жогорку температурада чийки заттын сублимацияланышына жана ажыроосуна, температура градиентинин таасири астында газ фазасынын заттарын ташууга жана урук кристаллында газ фазасындагы заттардын кайра кристаллдашуусуна бөлүнөт. Мунун негизинде тигелдин ичи үч бөлүккө бөлүнөт: чийки зат аянты, өсүү камерасы жана урук кристалл. Чыныгы каршылыктын негизинде сандык симуляция модели түзүлгөнSiCмонокристалл өстүрүүчү жабдуулар (1-сүрөттү караңыз). Эсептөөдө: түбүтигелькаптал жылыткычтын түбүнөн 90 мм алыс, тигелдин жогорку температурасы 2100 ℃, чийки заттын бөлүкчөлөрүнүн диаметри 1000 мкм, көзөнөктүүлүгү 0,6, өсүү басымы 300 Па, өсүү убактысы 100 ч. . PG калыңдыгы 5 мм, диаметри тигелдин ички диаметрине барабар, ал чийки заттан 30 мм жогору жайгашкан. Эсептөөдө чийки зат зонасынын сублимация, карбонизация жана кайра кристаллдашуу процесстери каралат, ал эми PG жана газ фазасынын заттарынын ортосундагы реакция каралбайт. Эсептөө менен байланышкан физикалык касиеттин параметрлери 1-таблицада көрсөтүлгөн.
1-сүрөт Симуляциялык эсептөө модели. (а) Кристаллдын өсүшүн моделдөө үчүн жылуулук талаасынын модели; (б) Тигельдин ички аянтын жана ага байланыштуу физикалык көйгөйлөрдү бөлүү
Таблица 1 Эсептөөдө колдонулган кээ бир физикалык параметрлер
2(а)-сүрөттө PG камтыган структуранын (структура 1 катары белгиленген) температурасы PGдан төмөн PG жок структурага (0 структура катары белгиленет) караганда жогору, ал эми PGден жогору 0 структурасынан төмөн экенин көрсөтүп турат. Жалпы температура градиенти жогорулап, PG жылуулук изоляциялоочу агент катары иштейт. 2(б) жана 2(в) сүрөттөрүнө ылайык, чийки зат зонасында 1-түзүмдүн октук жана радиалдык температура градиенттери кичине, температуранын бөлүштүрүлүшү бир калыпта, материалдын сублимациясы толук. Чийки зат зонасынан айырмаланып, 2(c)-сүрөттө 1-түзүмдүн урук кристаллында радиалдык температура градиенти чоңураак экенин көрсөтүп турат, бул ар кандай жылуулук өткөрүмдүүлүк режимдеринин ар кандай пропорцияларынан улам келип чыгышы мүмкүн, бул кристаллдын томпок интерфейс менен өсүшүнө жардам берет. . 2(г)-сүрөттө тигелдеги ар түрдүү позициялардагы температура өсүү процессинин жүрүшүнө жараша өсүү тенденциясын көрсөтөт, бирок 0 структурасы менен 1 структурасынын ортосундагы температура айырмасы чийки зат зонасында акырындык менен азаят жана өсүү камерасында акырындык менен жогорулайт.
2-сүрөт Температуранын бөлүштүрүлүшү жана тигелдеги өзгөрүүлөр. (а) 0 түзүмүнүн тигель ичиндеги температуранын бөлүштүрүлүшү (солдо) жана 1-түзүмдүн (оңдо) 0 саатта, бирдиги: ℃; (б) чийки заттын түбүнөн урук кристаллына чейин 0 түзүмүн жана структурасы 1 тигельдин борбордук сызыгында температуранын бөлүштүрүлүшү; (в) Температуранын ортодон тигельдин четине чейин үрөн кристалл бетинде (A) жана чийки зат бетинде (B), ортоңку (C) жана түбүндө (D) 0 саатта бөлүштүрүлүшү, горизонталдык огу r А үчүн урук кристаллынын радиусу жана B~D үчүн чийки зат аянтынын радиусу; (г) 0, 30, 60 жана 100 сааттарда 0 структурасынын өсүү камерасынын жана 1 структурасынын үстүнкү бөлүгүнүн (А), чийки заттын бетинин (В) жана ортоңку (C) борборундагы температуранын өзгөрүшү.
3-сүрөттө 0 структурасынын тигелинде жана 1 түзүмүнүн ар кандай мезгилдеги материалдык ташуу көрсөтүлгөн. Чийки зат аянтында жана өсүү камерасында газ фазасынын материал агымынын ылдамдыгы позициянын жогорулашы менен көбөйөт, ал эми өсүү прогресси менен материалдык транспорт алсырайт. . 3-сүрөттө ошондой эле симуляция шарттарында чийки зат алгач тигелдин каптал капталында, андан соң тигелдин түбүндө графиттелет. Мындан тышкары, чийки заттын бетинде кайра кристаллдашуу бар жана ал өсүп бара жаткан сайын коюуланат. 4(а) жана 4(б)-сүрөттөр чийки заттын ичиндеги материалдын агымынын ылдамдыгы өсүү процессине жараша азаятын, ал эми 100 сааттагы материалдын агымынын ылдамдыгы баштапкы моменттин болжол менен 50%ын түзөт; бирок чийки заттын графиттештирилгендигинен улам агымдын ылдамдыгы четинде салыштырмалуу чоң, ал эми четиндеги агымдын ылдамдыгы 100 саатта орто аймактагы агымдын ылдамдыгынан 10 эседен ашык; Мындан тышкары, 1-түзүмдөгү PG таасири 1-түзүмдүн чийки зат аймагындагы материалдын агымынын ылдамдыгын 0 структурасына караганда төмөн кылат. өсүү камерасы өскөн сайын акырындык менен алсырайт, ал эми чийки зат зонасында материалдык агым төмөндөө берет, бул тигелдин четиндеги аба агымынын каналынын ачылышынан жана тоскоолдуктан улам келип чыгат. жогору жагында кайра кристаллдашуу; өсүү камерасында 0 структурасынын материалдык агымынын ылдамдыгы баштапкы 30 саатта 16% га чейин тез төмөндөйт жана кийинки убакта 3% га гана төмөндөйт, ал эми 1 структурасы өсүү процессинде салыштырмалуу туруктуу бойдон калууда. Ошондуктан, PG өсүү камерасында материалдык агымынын ылдамдыгын турукташтырууга жардам берет. Сүрөт 4(г) кристалл өсүү фронтунда материалдын агымынын ылдамдыгын салыштырат. Баштапкы учурда жана 100 саатта 0 структурасынын өсүү зонасында материалдык транспорт 1 структурасына караганда күчтүүрөөк, бирок 0 структурасынын четинде дайыма жогорку агымдын ылдамдыгы бар, бул четинде ашыкча өсүүгө алып келет . 1 түзүмүндө PG болушу бул көрүнүштү натыйжалуу басат.
3-сүрөт Тигельдеги материалдын агымы. 0 жана 1 структураларда ар кандай убакытта газ материалын ташуунун сызыктары (солдо) жана ылдамдык векторлору (оңдо), ылдамдыктын вектордук бирдиги: м/с.
Сүрөт 4 Материалдык агымдын ылдамдыгынын өзгөрүүсү. (а) 0, 30, 60 жана 100 саатта 0 структурасындагы чийки заттын ортосунда материалдын агымынын бөлүштүрүлүшүнүн өзгөрүшү, r - чийки зат аянтынын радиусу; (б) 0, 30, 60 жана 100 саатта 1-түзүмдүн чийки затынын ортосунда материалдын агымынын бөлүштүрүлүшүнүн өзгөрүшү, r - чийки зат аянтынын радиусу; (в) 0 жана 1 конструкциялардын өсүү камерасынын ичиндеги (А, В) жана чийки заттын (С, Г) ичиндеги материалдык агымынын ылдамдыгынын убакыттын өтүшү менен өзгөрүшү; (г) 0 жана 100 саатта 0 жана 1 структуралардын урук кристаллынын бетине жакын материалдын агымынын бөлүштүрүлүшү, r урук кристаллынын радиусу
C/Si SiC кристаллынын өсүшүнүн кристаллдык туруктуулугуна жана дефект тыгыздыгына таасир этет. Сүрөт 5(а) баштапкы учурда эки структуранын C/Si катышынын бөлүштүрүлүшүн салыштырат. C/Si катышы акырындык менен тигелдин ылдыйынан өйдө жагына чейин төмөндөйт, ал эми 1-структуранын С/Si катышы ар кандай позицияларда 0 структурасына караганда дайыма жогору болот. 5(b) жана 5(c) сүрөттөрү C/Si катышы өсүү менен акырындык менен көбөйөрүн көрсөтүп турат, бул өсүштүн кийинки стадиясында ички температуранын жогорулашына, чийки заттын графиттелүүсүнүн күчөшүнө жана Si реакциясына байланыштуу. графит тигель менен газ фазасындагы компоненттер. 5(d)-сүрөттө 0 түзүмүнүн жана 1 структурасынын C/Si катышы PGдан төмөн (0, 25 мм), бирок PGден (50 мм) бир аз башкачараак, ал эми кристалга жакындаган сайын айырма акырындык менен көбөйөт. . Жалпысынан 1 структурасынын C/Si катышы жогору, бул кристалл формасын турукташтырууга жана фазалык өтүү ыктымалдыгын азайтууга жардам берет.
5-сүрөт C/Si катышынын бөлүштүрүлүшү жана өзгөрүшү. (а) 0 түзүмүндөгү тигелде C/Si катышынын бөлүштүрүлүшү (солдо) жана структурасы 1 (оңдо) 0 саатта; (б) 0 структурасындагы тигелдин борбордук сызыгынан ар кандай аралыкта ар кандай убакыттарда (0, 30, 60, 100 с) C/Si катышы; (в) 1-түзүмдүн тигелинин борбордук сызыгынан ар кандай аралыкта ар кандай убакыттарда (0, 30, 60, 100 с) C/Si катышы; (г) С/Si катышын 0 түзүмдөгү тигелдин борбордук сызыгынан (0, 25, 50, 75, 100 мм) ар түрдүү убакыттарда (0, 30, 60, 100 ч).
6-сүрөттө эки структуранын чийки зат аймактарынын бөлүкчөлөрүнүн диаметринин жана көзөнөктүүлүгүнүн өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Сүрөттө чийки заттын диаметри азайып, тигелдин дубалынын жанында көңдөйлүүлүгү көбөйүп, өсүү өскөн сайын чети көңдөйү көбөйүп, бөлүкчөлөрдүн диаметри азайарын көрсөтүп турат. Четинин максималдуу көзөнөктүүлүгү 100 саатта болжол менен 0,99, ал эми бөлүкчөлөрдүн минималдуу диаметри болжол менен 300 мкм. Рекристаллизацияга туура келген чийки заттын үстүнкү бетинде бөлүкчөлөрдүн диаметри чоңоюп, көзөнөктүүлүгү азаят. Кайра кристаллдашуу аянтынын калыңдыгы өсүү өскөн сайын көбөйөт жана бөлүкчөлөрдүн өлчөмү жана көзөнөктүүлүгү өзгөрүүнү улантат. Бөлүкчөлөрдүн максималдуу диаметри 1500 мкмден ашат, ал эми минималдуу көзөнөктүүлүгү 0,13. Мындан тышкары, PG чийки зат аянтынын температурасын жогорулатат жана газдын суперсатурациясы аз болгондуктан, 1-түзүмдүн чийки затынын жогорку бөлүгүнүн кайра кристаллдашуу калыңдыгы аз, бул чийки затты пайдалануу коэффициентин жакшыртат.
6-сүрөт 0 структурасынын чийки зат аянтынын бөлүкчөлөрүнүн диаметринин (солдо) жана көзөнөктүүлүгүнүн (оңдо) ар кандай мезгилдеги өзгөрүүлөрү, бөлүкчөлөрдүн диаметринин бирдиги: мкм
7-сүрөт өсүштүн башталышында структура 0 ийрилерин көрсөтөт, бул чийки заттын четин графиттештирүүдөн келип чыккан материалдын ашыкча агымынын ылдамдыгына байланыштуу болушу мүмкүн. Кеңирилүү даражасы кийинки өсүү процессинде алсыратат, бул 4 (г)-сүрөттөгү 0 структурасынын кристаллдык өсүштүн алдыңкы жагындагы материалдын агымынын ылдамдыгынын өзгөрүшүнө туура келет. 1-түзүмдө, PG таасиринен улам, кристалл интерфейси ийилүүнү көрсөтпөйт. Мындан тышкары, PG ошондой эле 1 структурасынын өсүү темпин 0 түзүмүнө караганда бир кыйла төмөн кылат. 100 сааттан кийин 1 структурасынын кристаллынын борбордук калыңдыгы 0 структурасынын 68% гана түзөт.
7-сүрөт 30, 60 жана 100 сааттагы 0 структурасынын жана 1 структурасынын кристаллдарынын интерфейсинин өзгөрүшү
Кристаллдын өсүшү сандык моделдөө процессинин шарттарында ишке ашырылган. 0 структурасы жана 1 структурасы боюнча өскөн кристаллдар тиешелүүлүгүнө жараша 8(а) жана 8(б)-сүрөттө көрсөтүлгөн. 0 структурасындагы кристаллда борбордук аймакта толкундар жана четинде фазалык өтүү бар ойгон интерфейсти көрсөтөт. Беттик томпоктук газ фазалык материалдарды ташуудагы бир тектүү эместиктин белгилүү даражасын көрсөтөт, ал эми фазалык өтүүнүн пайда болушу С/Си катышынын төмөндүгүнө туура келет. 1-структура боюнча өскөн кристаллдын интерфейси бир аз томпок, фазалык өтүү байкалбайт, калыңдыгы PG жок кристаллдын 65% түзөт. Жалпысынан алганда, кристалл өсүштүн натыйжалары симуляциянын натыйжаларына туура келет, 1-түзүмдүн кристаллдык интерфейсинде чоңураак радиалдык температура айырмасы, четиндеги тез өсүү басылат жана жалпы материал агымынын ылдамдыгы жайыраак. Жалпы тенденция сандык симуляциянын натыйжаларына шайкеш келет.
8-сүрөт SiC кристаллдары 0 структурасында жана 1 структурасында өстүрүлгөн
Корутунду
PG чийки зат аянтынын жалпы температурасын жакшыртууга жана октук жана радиалдык температуранын бирдейлигин жакшыртууга, чийки затты толук сублимациялоого жана колдонууга көмөктөшөт; үстүнкү жана астыңкы температура айырмасы көбөйөт жана урук кристалл бетинин радиалдык градиенти көбөйөт, бул томпок интерфейстин өсүшүн сактоого жардам берет. Массалык өткөрүп берүү жагынан алганда, PG киргизүү жалпы масса өткөрүү ылдамдыгын азайтат, PG камтыган өсүү камерасында материалдык агымдын ылдамдыгы убакыттын өтүшү менен азыраак өзгөрөт жана бүт өсүү процесси туруктуураак болот. Ошол эле учурда, PG, ошондой эле натыйжалуу ашыкча чет массалык өткөрүп пайда тоскоол болот. Мындан тышкары, PG ошондой эле өсүү чөйрөсүнүн C / Si катышын жогорулатат, айрыкча урук кристаллынын интерфейсинин алдыңкы четинде, бул өсүү процессинде фазалык өзгөрүүлөрдүн пайда болушун азайтууга жардам берет. Ошол эле учурда ПГнын жылуулук изоляциялык эффектиси чийки заттын жогорку бөлүгүндө рекристаллизациянын пайда болушун белгилүү бир деңгээлде азайтат. Кристаллдын өсүшү үчүн PG кристаллдын өсүү темпин жайлатат, бирок өсүү интерфейси көбүрөөк томпок. Ошондуктан, PG SiC кристаллдарынын өсүү чөйрөсүн жакшыртуу жана кристалл сапатын оптималдаштыруу үчүн натыйжалуу каражат болуп саналат.
Посттун убактысы: Jun-18-2024