Der Basis Prozess vunSiCKristallwachstum ass opgedeelt op Sublimatioun an Zersetzung vu Matière première bei héijer Temperatur, Transport vu Gasphase Substanzen ënner der Handlung vum Temperaturgradient, a Rekristalliséierungswuesstem vu Gasphase Substanzen am Somkristall. Baséierend op dësem, ass den Interieur vun der Crèche an dräi Deeler opgedeelt: Matière première, Wuesstem Chamber an Som Kristallsglas produzéiert. En numeresche Simulatiounsmodell gouf op der aktueller Resistiv gezeechentSiCSingle Kristallsglas produzéiert Equipement (kuckt Figur 1). An der Berechnung: ënnen vun derKrëppass 90 mm ewech vun ënnen vun der Säit Heizung, d'Top Temperatur vun der Krëpp ass 2100 ℃, de Matière première Partikel Duerchmiesser ass 1000 μm, d'Porositéit ass 0,6, de Wuesstem Drock ass 300 Pa, an d'Wuesstem Zäit ass 100 h . D'PG-Dicke ass 5 mm, den Duerchmiesser ass gläich mam bannenzegen Duerchmiesser vun der Kroun, an et läit 30 mm iwwer dem Rohmaterial. D'Sublimatioun, d'Karboniséierung an d'Rekristalliséierungsprozesser vun der Rohmaterialzone ginn an der Berechnung berücksichtegt, an d'Reaktioun tëscht PG a Gasphase Substanzen gëtt net berücksichtegt. D'Berechnungsbezunnen kierperlech Eegeschafteparameter ginn an der Tabell 1 gewisen.
Figur 1 Simulatioun Berechnung Modell. (a) Thermalfeldmodell fir Kristallwachstumsimulatioun; (b) Divisioun vum internen Gebitt vun der Crucible a verbonne kierperlech Probleemer
Dësch 1 Puer kierperlech Parameteren an der Berechnung benotzt
Figur 2 (a) weist, datt d'Temperatur vun der PG-haltege Struktur (als Struktur bezeechent 1) méi héich ass wéi déi vun der PG-gratis Struktur (genannt als Struktur 0) ënnert PG, a manner wéi déi vun Struktur 0 iwwer PG. De Gesamttemperaturgradient erhéicht, a PG wierkt als Wärmeisolatiounsmëttel. Laut Figuren 2(b) an 2(c) sinn d'axial a radial Temperaturgradienten vun der Struktur 1 an der Rohmaterialzone méi kleng, d'Temperaturverdeelung ass méi eenheetlech, an d'Sublimatioun vum Material ass méi komplett. Am Géigesaz zu der Rohmaterialzone weist d'Figur 2(c) datt de radialen Temperaturgradient am Keimkristall vun der Struktur 1 méi grouss ass, wat duerch déi verschidde Proportiounen vu verschiddenen Wärmetransfermodi verursaacht ka ginn, wat hëlleft dem Kristall mat engem konvexen Interface ze wuessen. . An der Figur 2(d), weist d'Temperatur op verschiddene Positiounen an der Crèche e wuessenden Trend wéi de Wuesstum weidergeet, awer den Temperaturdifferenz tëscht Struktur 0 a Struktur 1 fällt no an no an der Rohmaterialzon a klëmmt graduell an der Wuesstemskammer.
Figur 2 Temperatur Verdeelung an Ännerungen am Crucible. (a) Temperaturverdeelung bannen der Krees vun der Struktur 0 (lénks) a Struktur 1 (riets) bei 0 h, Eenheet: ℃; (b) Temperaturverdeelung op der Mëttellinn vun der Kroun vun der Struktur 0 an der Struktur 1 vum Enn vum Rohmaterial bis zum Somkristall op 0 h; (c) D'Temperaturverdeelung vum Zentrum bis op de Rand vun der Kroun op der Somkristalloberfläche (A) an der Rohmaterial Uewerfläch (B), Mëtt (C) an ënnen (D) bei 0 h, déi horizontal Achs r ass den Som Kristall Radius fir A, an der Matière première Beräich Radius fir B ~ D; (d) Temperatur Ännerungen am Zentrum vun der ieweschter Deel (A), Matière première Uewerfläch (B) a Mëtt (C) vun der Wuesstem Chamber vun Struktur 0 an Struktur 1 um 0, 30, 60 an 100 h.
Figur 3 weist de Material Transport zu verschiddenen Zäiten an der Crucible vun Struktur 0 a Struktur 1. D'Gas Phase Material Flux Taux am Matière première Beräich an der Wuesstem Chamber Erhéijunge mat der Erhéijung vun Positioun, an de Material Transport schwächt wéi de Wuesstem Fortschrëtter. . Figur 3 weist och, datt ënnert der Simulatioun Konditiounen, de Matière première éischt graphitizes op der Säit Mauer vun der Krëpp an dann op ënnen vun der Krëpp. Zousätzlech gëtt et Rekristalliséierung op der Uewerfläch vum Rohmaterial an et gëtt graduell verdickt wéi de Wuesstum weidergeet. Figuren 4 (a) an 4 (b) weisen, datt d'Material Flux Taux bannent de Matière première erofgoen wéi de Wuesstem Fortschrëtter, an d'Material Flux Taux op 100 h ass ongeféier 50% vun der éischter Moment; awer, de Flux Taux ass relativ grouss um Rand wéinst der graphitization vun der Matière première, an de Flux Taux um Rand ass méi wéi 10 Mol déi vun der Flux Taux an der Mëtt Beräich op 100 h; Zousätzlech mécht den Effekt vum PG an der Struktur 1 d'Materialstroumrate am Rohmaterialberäich vun der Struktur 1 méi niddereg wéi dee vun der Struktur 0. Wuesstumskammer schwächt lues a lues wéi de Wuesstum weidergeet, an de Materialfloss am Rohmaterialberäich geet weider erof, wat verursaacht gëtt duerch d'Ouverture vum Loftflusskanal um Rand vun der Kroun an d'Verstopptung vun Rekristalliséierung am Top; an der Wuesstem Chamber, hëlt d'Material Flux Taux vun Struktur 0 séier an der éischter 30 h bis 16%, an nëmmen erofgoen vun 3% an der pafolgende Zäit, iwwerdeems Struktur 1 bleift relativ stabil ganze Wuesstem Prozess. Dofir hëlleft PG de Materialflossrate an der Wuesskammer ze stabiliséieren. Figur 4 (d) vergläicht de Material Flux Taux um Kristallsglas produzéiert Wuesstem Front. Am initialen Moment an 100 h ass de Materialtransport an der Wuesstemszon vun der Struktur 0 méi staark wéi an der Struktur 1, awer et gëtt ëmmer en héije Flowrategebitt um Rand vun der Struktur 0, wat zu exzessive Wuesstum um Rand féiert. . D'Präsenz vu PG an der Struktur 1 ënnerdréckt dëst Phänomen effektiv.
Figur 3 Material Flux am Crucible. Streamlines (lénks) a Geschwindegkeetsvektoren (riets) vum Gasmaterialtransport a Strukturen 0 an 1 zu verschiddenen Zäiten, Geschwindegkeetsvektor Eenheet: m/s
Figur 4 Ännerungen am Material Flux Taux. (a) Ännerungen an der Material Flux Taux Verdeelung an der Mëtt vun der Matière première vun Struktur 0 op 0, 30, 60, an 100 h, r ass de Radius vun der Matière première Beräich; (b) Ännerungen am Material Flux Taux Verdeelung an der Mëtt vun der Matière première vun Struktur 1 op 0, 30, 60 an 100 h, r ass de Radius vun der Matière première Beräich; (c) Ännerungen am Material Flow Taux bannent der Wuesstem Chamber (A, B) an bannen der Matière première (C, D) vun Strukturen 0 an 1 iwwer Zäit; (d) Material Flowrate Verdeelung no bei der Keimkristallfläche vun de Strukturen 0 an 1 bei 0 an 100 h, r ass de Radius vum Keimkristall
C / Si beaflosst d'Kristallstabilitéit an d'Defektdicht vum SiC Kristallwachstum. Figur 5 (a) vergläicht d'C / Si Verhältnis Verdeelung vun den zwou Strukturen am Ufank Moment. D'C/Si-Verhältnis fällt graduell vun ënnen op d'Spëtzt vun der Krees erof, an de C/Si-Verhältnis vun der Struktur 1 ass ëmmer méi héich wéi dee vun der Struktur 0 op verschiddene Positiounen. Figuren 5(b) a 5(c) weisen datt de C/Si Verhältnis graduell mam Wuesstum eropgeet, wat mat der Erhéijung vun der interner Temperatur an der spéider Stuf vum Wuesstum, der Verbesserung vun der Rohmaterialgrafitiséierung an der Reaktioun vu Si verbonnen ass. Komponenten an der Gasphase mat der GRAPHITE Kéis. An der Figur 5(d) sinn d'C/Si Verhältnisser vun der Struktur 0 an der Struktur 1 ganz anescht ënner PG (0, 25 mm), awer liicht anescht iwwer PG (50 mm), an den Ënnerscheed geet graduell erop wéi et dem Kristall kënnt. . Am Allgemengen ass d'C/Si Verhältnis vun der Struktur 1 méi héich, wat hëlleft d'Kristallform ze stabiliséieren an d'Wahrscheinlechkeet vum Phasetransitioun ze reduzéieren.
Figur 5 Verdeelung an Ännerungen vun C / Si Verhältnis. (a) C / Si Verhältnis Verdeelung an Crucibles vun Struktur 0 (lénks) an Struktur 1 (riets) op 0 h; (b) C / Si Verhältnis op verschidden Distanzen vun der Mëtt Linn vun Crucible vun Struktur 0 zu verschiddenen Zäiten (0, 30, 60, 100 h); (c) C / Si Verhältnis op verschidden Distanzen vun der Mëtt Linn vun Crucible vun Struktur 1 zu verschiddenen Zäiten (0, 30, 60, 100 h); (d) Verglach vum C/Si Verhältnis op verschidden Distanzen (0, 25, 50, 75, 100 mm) vun der Mëttellinn vun der Crèche vun der Struktur 0 (fest Linn) a Struktur 1 (gestreckt Linn) zu verschiddenen Zäiten (0, 30, 60, 100h).
Figure 6 weist d'Verännerungen am Partikelduerchmiesser a Porositéit vu Rohmaterialregiounen vun den zwou Strukturen. D'Figur weist datt de Rohmaterial Duerchmiesser erofgeet an d'Porositéit an der Géigend vun der Crucible Mauer eropgeet, an d'Kanteporositéit geet weider erop an de Partikel Duerchmiesser geet weider erof wéi de Wuesstum weidergeet. Déi maximal Randporositéit ass ongeféier 0,99 bei 100 h, an de Minimum Partikel Duerchmiesser ass ongeféier 300 μm. De Partikel Duerchmiesser erhéicht an d'Porositéit fällt op der ieweschter Uewerfläch vum Rohmaterial erof, entsprécht der Rekristalliséierung. D'Dicke vum Rekristalliséierungsgebitt erhéicht wéi de Wuesstum weidergeet, an d'Partikelgréisst an d'Porositéit ännert sech weider. De maximalen Partikel Duerchmiesser erreecht méi wéi 1500 μm, an d'Mindestporositéit ass 0,13. Zousätzlech, well PG d'Temperatur vun der Matière première erhéicht an d'Gas Iwwersaturatioun kleng ass, ass d'Rekristalliséierungsdicke vum ieweschten Deel vum Rohmaterial vun der Struktur 1 kleng, wat d'Rohmaterialverbrauchsquote verbessert.
Figur 6 Ännerungen am Partikel Duerchmiesser (lénks) a Porositéit (riets) vum Rohmaterialberäich vun der Struktur 0 a Struktur 1 zu verschiddenen Zäiten, Partikel Duerchmiesser Eenheet: μm
Figure 7 weist datt d'Struktur 0 am Ufank vum Wuesstum kräizt, wat mat der exzessive Materialflossgeschwindegkeet verbonne ka sinn, déi duerch d'Graphitiséierung vum Rohmaterialrand verursaacht gëtt. De Grad vun der Verzweiflung gëtt während dem spéideren Wuesstumsprozess geschwächt, wat mat der Ännerung vum Materialflussrate an der Front vum Kristallwachstum vun der Struktur 0 an der Figur 4 (d) entsprécht. An der Struktur 1, wéinst dem Effekt vum PG, weist d'Kristall-Interface keng Warping. Zousätzlech mécht PG och de Wuesstumsquote vun der Struktur 1 wesentlech méi niddereg wéi dee vun der Struktur 0. D'Zentrumdicke vum Kristall vun der Struktur 1 no 100 h ass nëmmen 68% vun der Struktur 0.
Figur 7 Interface Ännerungen vun Struktur 0 a Struktur 1 Kristaller um 30, 60, an 100 h
Kristallwachstum gouf ënner de Prozessbedéngungen vun der numerescher Simulatioun duerchgefouert. D'Kristalle gewuess duerch Struktur 0 a Struktur 1 sinn an der Figur 8 (a) an Figur 8 (b) gewisen. De Kristall vun der Struktur 0 weist eng konkav Interface, mat Undulatiounen am zentrale Gebitt an engem Phaseniwwergang um Rand. D'Uewerflächekonvexitéit representéiert e gewësse Grad vun Inhomogenitéit am Transport vu Gasphasematerialien, an d'Optriede vum Phasetransitioun entsprécht dem nidderegen C / Si Verhältnis. D'Interface vum Kristall, deen duerch Struktur 1 gewuess ass, ass liicht konvex, kee Phaseniwwergang gëtt fonnt, an d'Dicke ass 65% vum Kristall ouni PG. Am Allgemengen entspriechen d'Kristallwachstumsresultater d'Simulatiounsresultater, mat engem gréisseren radialen Temperaturdifferenz op der Kristallschnitt vun der Struktur 1, gëtt de schnelle Wuesstum um Rand ënnerdréckt, an de Gesamtmaterialflossrate ass méi lues. Den allgemengen Trend ass konsequent mat den numeresche Simulatiounsresultater.
Figur 8 SiC Kristalle ugebaut ënner Struktur 0 a Struktur 1
Conclusioun
PG ass förderlech fir d'Verbesserung vun der Gesamttemperatur vum Rohmaterialberäich an d'Verbesserung vun der axialer a radialer Temperaturuniformitéit, fir déi voll Sublimatioun an d'Notzung vum Rohmaterial ze förderen; den Uewen an ënnen Temperaturdifferenz hëlt erop, an de radial Gradient vun der Som Kristall Uewerfläch vergréissert, déi hëlleft der konvex Interface Wuesstem ze erhalen. Wat d'Masstransfer ugeet, reduzéiert d'Aféierung vu PG den allgemenge Massentransferrate, d'Materialflossrate an der Wuesstumskammer mat PG ännert sech manner mat der Zäit, an de ganze Wuesstumsprozess ass méi stabil. Zur selwechter Zäit hemmt PG och effektiv d'Optriede vun exzessive Randmasstransfer. Zousätzlech erhéicht PG och d'C / Si Verhältnis vum Wuesstumsëmfeld, besonnesch um viischte Rand vun der Somkristallinterface, wat hëlleft fir d'Optriede vun der Phaseännerung während dem Wuesstumsprozess ze reduzéieren. Zur selwechter Zäit reduzéiert d'thermesch Isolatiounseffekt vu PG d'Optriede vun der Rekristalliséierung am ieweschten Deel vum Rohmaterial zu engem gewësse Mooss. Fir Kristallwachstum verlangsamt PG de Kristallwachstumsquote, awer de Wuesstumsinterface ass méi konvex. Dofir ass PG en effektiv Mëttel fir de Wuesstumsëmfeld vu SiC Kristalle ze verbesseren an d'Kristallqualitéit ze optimiséieren.
Post Zäit: Jun-18-2024