Основниот процес наSiCрастот на кристалите е поделен на сублимација и распаѓање на суровините на висока температура, транспорт на супстанции од гасна фаза под дејство на температурен градиент и раст на рекристализација на супстанциите од гасната фаза кај семениот кристал. Врз основа на ова, внатрешноста на садот е поделена на три дела: површина на суровина, комора за раст и кристал на семето. Беше нацртан нумерички модел за симулација врз основа на вистинскиот отпорSiCопрема за раст на еден кристал (види слика 1). Во пресметката: дното наролнае оддалечено 90 mm од дното на страничниот грејач, горната температура на садот е 2100 ℃, дијаметарот на честичката на суровината е 1000 μm, порозноста е 0,6, притисокот на раст е 300 Pa, а времето на раст е 100 часа . Дебелината на PG е 5 mm, дијаметарот е еднаков на внатрешниот дијаметар на садот и се наоѓа на 30 mm над суровината. Процесите на сублимација, карбонизација и рекристализација на зоната на суровината се разгледуваат во пресметката, а реакцијата помеѓу супстанциите од PG и гасната фаза не се разгледува. Параметрите на физичките својства поврзани со пресметката се прикажани во Табела 1.
Слика 1 Модел за пресметување на симулација. (а) Модел на термичко поле за симулација на раст на кристалите; (б) Поделба на внатрешната површина на садот и поврзаните физички проблеми
Табела 1 Некои физички параметри користени во пресметката
Слика 2(а) покажува дека температурата на структурата што содржи PG (означена како структура 1) е повисока од онаа на структурата без PG (означена како структура 0) под PG и пониска од онаа на структурата 0 над PG. Целокупниот температурен градиент се зголемува, а PG делува како топлинско-изолационо средство. Според сликите 2(б) и 2(в), аксијалните и радијалните температурни градиенти на структурата 1 во зоната на суровината се помали, распределбата на температурата е порамномерна, а сублимацијата на материјалот е поцелосна. За разлика од зоната на суровината, Слика 2(в) покажува дека радијалниот температурен градиент кај семениот кристал од структурата 1 е поголем, што може да биде предизвикано од различните пропорции на различните начини на пренос на топлина, што му помага на кристалот да расте со конвексен интерфејс . На слика 2(г), температурата на различни позиции во садот покажува тренд на зголемување како што напредува растот, но температурната разлика помеѓу структурата 0 и структурата 1 постепено се намалува во зоната на суровината и постепено се зголемува во комората за раст.
Слика 2 Распределба на температурата и промени во садот. (а) Распределба на температурата во внатрешноста на садот од структурата 0 (лево) и структурата 1 (десно) на 0 h, единица: ℃; (б) Распределба на температурата на централната линија на садот од структурата 0 и структурата 1 од дното на суровината до семениот кристал на 0 ч; (в) Распределба на температурата од центарот до работ на садот на семената кристална површина (A) и површината на суровината (B), средината (C) и дното (D) на 0 h, хоризонталната оска r е радиусот на семениот кристал за А, и радиусот на површината на суровината за B~D; (г) Температурни промени во центарот на горниот дел (A), површината на суровината (B) и средината (C) на комората за раст на структурата 0 и структурата 1 во 0, 30, 60 и 100 часа.
Слика 3 го прикажува транспортот на материјалот во различни времиња во садот од структурата 0 и структурата 1. Стапката на проток на материјалот во гасната фаза во областа на суровината и комората за раст се зголемува со зголемувањето на положбата, а транспортот на материјалот слабее како што расте растот . Слика 3, исто така, покажува дека во услови на симулација, суровината прво се графитизира на страничниот ѕид на садот, а потоа на дното на садот. Дополнително, има прекристализација на површината на суровината и таа постепено се згуснува како што расте растењето. Слики 4(а) и 4(б) покажуваат дека брзината на проток на материјалот во суровината се намалува како што расте растот, а стапката на проток на материјалот на 100 часа е околу 50% од почетниот момент; сепак, брзината на протокот е релативно голема на работ поради графитизацијата на суровината, а брзината на проток на работ е повеќе од 10 пати поголема од брзината на проток во средната област на 100 часа; дополнително, ефектот на PG во структурата 1 ја прави стапката на проток на материјалот во областа на суровината на структурата 1 пониска од онаа на структурата 0. На Слика 4(в), протокот на материјалот и во областа на суровината и во комората за раст постепено слабее како што растот напредува, а протокот на материјалот во областа на суровината продолжува да се намалува, што е предизвикано од отворањето на каналот за проток на воздух на работ на садот и опструкцијата на рекристализација на врвот; во комората за раст, стапката на проток на материјалот на структурата 0 брзо се намалува во почетните 30 часа до 16%, а се намалува само за 3% во последователно време, додека структурата 1 останува релативно стабилна во текот на процесот на раст. Затоа, PG помага да се стабилизира стапката на проток на материјалот во комората за раст. Слика 4(г) ја споредува стапката на проток на материјалот на предниот дел на растот на кристалите. Во почетниот момент и 100 часа, транспортот на материјалот во зоната на раст на структурата 0 е посилен од оној во структурата 1, но секогаш има површина со висока стапка на проток на работ на структурата 0, што доведува до прекумерен раст на работ. . Присуството на PG во структурата 1 ефикасно го потиснува овој феномен.
Слика 3 Тек на материјал во садот. Поточни линии (лево) и вектори на брзина (десно) на транспорт на гасовити материјали во структури 0 и 1 во различни времиња, единица на вектор на брзина: m/s
Слика 4 Промени во стапката на проток на материјалот. (а) Промени во дистрибуцијата на стапката на проток на материјалот во средината на суровината од структурата 0 на 0, 30, 60 и 100 часа, r е радиусот на областа на суровината; (б) Промени во дистрибуцијата на стапката на проток на материјалот во средината на суровината од структурата 1 на 0, 30, 60 и 100 часа, r е радиусот на областа на суровината; (в) Промени во стапката на проток на материјалот во комората за раст (A, B) и во внатрешноста на суровината (C, D) на структурите 0 и 1 со текот на времето; (г) Распределба на стапката на проток на материјалот во близина на површината на семениот кристал на структурите 0 и 1 на 0 и 100 часа, r е радиусот на семениот кристал
C/Si влијае на кристалната стабилност и дефектната густина на растот на кристалите на SiC. Слика 5(а) ја споредува распределбата на односот C/Si на двете структури во почетниот момент. Односот C/Si постепено се намалува од дното кон врвот на садот, а односот C/Si на структурата 1 е секогаш повисок од оној на структурата 0 на различни позиции. Слики 5(б) и 5(в) покажуваат дека односот C/Si постепено се зголемува со растот, што е поврзано со зголемувањето на внатрешната температура во подоцнежната фаза на раст, подобрувањето на графитизацијата на суровините и реакцијата на Si компоненти во гасната фаза со графитниот сад. На Слика 5(г), соодносите C/Si на структурата 0 и структурата 1 се сосема различни под PG (0, 25 mm), но малку различни над PG (50 mm), а разликата постепено се зголемува како што се приближува до кристалот . Генерално, односот C/Si на структурата 1 е поголем, што помага да се стабилизира кристалната форма и да се намали веројатноста за фазна транзиција.
Слика 5 Дистрибуција и промени на односот C/Si. (а) Распределба на односот C/Si во садници со структура 0 (лево) и структура 1 (десно) на 0 ч; (б) сооднос C/Si на различни растојанија од централната линија на садот од структурата 0 во различни времиња (0, 30, 60, 100 часа); (в) Сооднос C/Si на различни растојанија од централната линија на садот од структурата 1 во различни времиња (0, 30, 60, 100 часа); (г) Споредба на соодносот C/Si на различни растојанија (0, 25, 50, 75, 100 mm) од централната линија на садот на структурата 0 (цврста линија) и структурата 1 (испрекината линија) во различни времиња (0, 30, 60, 100 ч.).
Слика 6 ги прикажува промените во дијаметарот на честичките и порозноста на регионите на суровината на двете структури. Сликата покажува дека дијаметарот на суровината се намалува и порозноста се зголемува во близина на ѕидот на садот, а порозноста на рабовите продолжува да се зголемува и дијаметарот на честичките продолжува да се намалува како што расте растот. Максималната порозност на рабовите е околу 0,99 на 100 часа, а минималниот дијаметар на честичките е околу 300 μm. Дијаметарот на честичките се зголемува и порозноста се намалува на горната површина на суровината, што одговара на рекристализацијата. Дебелината на областа за рекристализација се зголемува како што расте растот, а големината и порозноста на честичките продолжуваат да се менуваат. Максималниот дијаметар на честичките достигнува повеќе од 1500 μm, а минималната порозност е 0,13. Дополнително, бидејќи PG ја зголемува температурата на областа на суровината и презаситеноста на гасот е мала, дебелината на рекристализација на горниот дел од суровината од структурата 1 е мала, што ја подобрува стапката на искористување на суровината.
Слика 6 Промени во дијаметарот на честичката (лево) и порозноста (десно) на површината на суровината на структурата 0 и структурата 1 во различни времиња, единица за дијаметар на честички: μm
Слика 7 покажува дека структурата 0 се искривува на почетокот на растот, што може да биде поврзано со прекумерната стапка на проток на материјалот предизвикана од графитизацијата на работ на суровината. Степенот на искривување е ослабен за време на последователниот процес на раст, што одговара на промената на брзината на протокот на материјалот на предниот дел од растот на кристалот на структурата 0 на Слика 4 (г). Во структурата 1, поради ефектот на PG, кристалниот интерфејс не покажува искривување. Покрај тоа, PG ја прави стапката на раст на структурата 1 значително пониска од онаа на структурата 0. Дебелината на средината на кристалот од структурата 1 по 100 часа е само 68% од онаа на структурата 0.
Слика 7 Промени на интерфејсот на структурата 0 и структурата 1 кристалите на 30, 60 и 100 часа
Растот на кристалите беше спроведен во услови на процес на нумеричка симулација. Кристалите израснати според структурата 0 и структурата 1 се прикажани на Слика 8(а) и Слика 8(б), соодветно. Кристалот од структурата 0 покажува конкавна интерфејс, со бранови во централната област и фазна транзиција на работ. Површинската конвексност претставува одреден степен на нехомогеност во транспортот на гасово-фазни материјали, а појавата на фазна транзиција одговара на нискиот сооднос C/Si. Интерфејсот на кристалот израснат од структурата 1 е малку конвексен, не е пронајдена фазна транзиција, а дебелината е 65% од кристалот без PG. Генерално, резултатите од растот на кристалите одговараат на резултатите од симулацијата, со поголема радијална температурна разлика на кристалната интерфејс на структурата 1, брзиот раст на работ е потиснат, а вкупната стапка на проток на материјалот е побавна. Целокупниот тренд е конзистентен со резултатите од нумеричката симулација.
Слика 8 Кристали на SiC растени под структурата 0 и структурата 1
Заклучок
PG е погодна за подобрување на вкупната температура на областа на суровината и за подобрување на аксијалната и радијалната температурна униформност, промовирајќи целосна сублимација и искористување на суровината; горната и долната температурна разлика се зголемува, а радијалниот градиент на површината на семениот кристал се зголемува, што помага да се одржи растот на конвексниот интерфејс. Во однос на преносот на масата, воведувањето на PG ја намалува вкупната стапка на пренос на маса, стапката на проток на материјалот во комората за раст што содржи PG се менува помалку со текот на времето, а целиот процес на раст е постабилен. Во исто време, PG исто така ефикасно ја инхибира појавата на прекумерно пренесување на масата на рабовите. Покрај тоа, PG го зголемува и односот C/Si на средината за раст, особено на предниот раб на интерфејсот на семениот кристал, што помага да се намали појавата на фазна промена за време на процесот на раст. Истовремено, термоизолациониот ефект на PG до одреден степен ја намалува појавата на рекристализација во горниот дел на суровината. За раст на кристалите, PG ја забавува стапката на раст на кристалите, но интерфејсот на раст е поконвексен. Затоа, PG е ефикасно средство за подобрување на околината за раст на SiC кристалите и оптимизирање на квалитетот на кристалите.
Време на објавување: 18.06.2024