Үндсэн үйл явцSiCболор өсөлтийг өндөр температурт түүхий эдийг сублимация ба задрал, температурын градиентийн нөлөөн дор хийн фазын бодисыг тээвэрлэх, үрийн талст дахь хийн фазын бодисын дахин талстжих өсөлт гэж хуваадаг. Үүний үндсэн дээр тигелийн дотоод хэсгийг түүхий эдийн талбай, өсөлтийн камер, үрийн болор гэсэн гурван хэсэгт хуваадаг. Бодит эсэргүүцэл дээр үндэслэн тоон симуляцийн загварыг зурсанSiCнэг талст өсөлтийн тоног төхөөрөмж (1-р зургийг үз). Тооцоонд: ёроолынтигельхажуугийн халаагуурын ёроолоос 90 мм зайтай, тигелийн дээд температур 2100 ℃, түүхий эдийн ширхэгийн диаметр 1000 мкм, сүвэрхэг чанар 0.6, өсөлтийн даралт 300 Па, ургалтын хугацаа 100 цаг байна. . PG зузаан нь 5 мм, голч нь тигелийн дотоод диаметртэй тэнцүү, түүхий эдээс 30 мм-ийн өндөрт байрладаг. Тооцоонд түүхий эдийн бүсийн сублимация, нүүрстөрөгчжилт, дахин талстжих процессыг авч үзэх ба PG болон хийн фазын бодисын хоорондох урвалыг тооцохгүй. Тооцоололтой холбоотой физик шинж чанарын үзүүлэлтүүдийг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.
Зураг 1 Симуляцийн тооцооны загвар. (a) Кристал өсөлтийн симуляцийн дулааны талбайн загвар; (б) Тигелийн дотоод талбайн хуваагдал ба түүнтэй холбоотой физик асуудлууд
Хүснэгт 1 Тооцоонд ашигласан зарим физик үзүүлэлтүүд
Зураг 2(а)-аас харахад PG агуулсан байгууламжийн температур (1-р бүтэц гэж тэмдэглэсэн) нь PG-ийн доор байрлах PG-гүй бүтцийн температураас (бүтэц 0 гэж тэмдэглэсэн) өндөр, PG-ээс дээш 0 бүтцийн температураас бага байна. Температурын ерөнхий градиент нэмэгдэж, PG нь дулаан тусгаарлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Зураг 2(b) ба 2(c)-ийн дагуу түүхий эдийн бүсийн 1-р бүтцийн тэнхлэгийн болон радиаль температурын градиент бага, температурын хуваарилалт илүү жигд, материалын сублимац илүү бүрэн гүйцэд байна. Түүхий эдийн бүсээс ялгаатай нь Зураг 2(c)-д 1-р бүтцийн үрийн талст дахь радиаль температурын градиент илүү том байгааг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь янз бүрийн дулаан дамжуулалтын горимуудын өөр өөр харьцаанаас үүдэлтэй байж болох бөгөөд энэ нь гүдгэр интерфэйсээр болор өсөхөд тусалдаг. . Зураг 2(d)-д тигль дэх өөр өөр байрлал дахь температур нь өсөлтийн явцад өсөлтийн хандлагыг харуулж байгаа боловч 0-р бүтэц ба 1-р бүтэц хоорондын температурын зөрүү нь түүхий эдийн бүсэд аажмаар буурч, өсөлтийн камерт аажмаар нэмэгддэг.
Зураг 2 Температурын хуваарилалт ба тигль дэх өөрчлөлт. (a) 0-р бүтэц (зүүн) ба 1-р бүтэц (баруун) 0 цагийн үед тигель доторх температурын хуваарилалт, нэгж: ℃; (б) 0 цагийн үед 0-р бүтэцтэй тигель ба 1-р бүтэцтэй түүхий эдийн ёроолоос үрийн болор хүртэлх төвийн шугамын температурын хуваарилалт; (в) Үрийн талст гадаргуу (A) ба түүхий эдийн гадаргуу (B), дунд (C) ба доод (D) дээр 0 цагийн температурын төвөөс тигелийн ирмэг хүртэлх температурын хуваарилалт, хэвтээ тэнхлэг r нь үрийн болор радиусыг А, түүхий эдийн талбайн радиусыг B~D; (г) 0, 30, 60, 100 цагийн үед 0-р бүтэц, 1-р бүтцийн өсөлтийн камерын дээд хэсэг (А), түүхий эдийн гадаргуу (В) ба дунд (C) хэсгийн температурын өөрчлөлт.
Зураг 3-т бүтцийн 0 ба бүтцийн 1-ийн тигелд янз бүрийн хугацаанд материалын тээвэрлэлтийг үзүүлэв. Түүхий эдийн талбай болон өсөлтийн камер дахь хийн фазын материалын урсгалын хурд нь байрлал нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгдэж, өсөлт урагшлах тусам материалын тээвэрлэлт сулардаг. . Зураг 3-т мөн загварчлалын нөхцөлд түүхий эд нь эхлээд тигелийн хажуу хананд, дараа нь тигльний ёроолд графитжиж байгааг харуулж байна. Түүнчлэн, түүхий эдийн гадаргуу дээр дахин талстжилт үүсч, өсөлтийн явцад аажмаар өтгөрдөг. Зураг 4(а) ба 4(б)-аас харахад өсөлтийн явцад түүхий эд доторх материалын урсгалын хурд буурч, 100 цагийн үед материалын урсгалын хурд нь эхний моментийн 50% орчим байна; гэхдээ түүхий эдийн графитжилтын улмаас захын урсгалын хурд харьцангуй их, захын урсгалын хурд нь 100 цагийн үед дунд хэсгийн урсгалын хурдаас 10 дахин их; Үүнээс гадна 1-р бүтэц дэх PG-ийн нөлөө нь 1-р бүтцийн түүхий эдийн талбай дахь материалын урсгалын хурдыг 0-р бүтэцтэй харьцуулахад бага болгодог. Зураг 4(c)-д түүхий эдийн талбай болон материалын урсгалын аль алинд нь өсөлтийн камер нь өсөлтийн явцад аажмаар суларч, түүхий эдийн талбай дахь материалын урсгал багассаар байгаа нь тигелийн ирмэг дэх агаарын урсгалын суваг нээгдэж, бөглөрөл үүссэнээс үүсдэг. дээд хэсэгт дахин талстжих; өсөлтийн камерт 0-р бүтцийн материалын урсгалын хурд эхний 30 цагийн дотор 16% -иар хурдан буурч, дараагийн хугацаанд зөвхөн 3% -иар буурдаг бол 1-р бүтэц нь өсөлтийн явцад харьцангуй тогтвортой хэвээр байна. Тиймээс PG нь өсөлтийн камер дахь материалын урсгалын хурдыг тогтворжуулахад тусалдаг. Зураг 4(d) нь болор өсөлтийн фронт дахь материалын урсгалын хурдыг харьцуулсан. Эхний мөч болон 100 цагийн үед 0-р бүтцийн өсөлтийн бүсэд материалын тээвэрлэлт нь 1-р бүтэцтэй харьцуулахад илүү хүчтэй байдаг боловч 0-ийн ирмэг дээр үргэлж өндөр урсгалын хурдтай талбай байдаг бөгөөд энэ нь ирмэг дээр хэт их өсөлтөд хүргэдэг. . 1-р бүтцэд PG байгаа нь энэ үзэгдлийг үр дүнтэйгээр дардаг.
Зураг 3 Тигель дэх материалын урсгал. 0 ба 1-р бүтэц дэх хийн материалыг өөр өөр хугацаанд тээвэрлэх урсгалын шугам (зүүн) ба хурдны вектор (баруун), хурдны векторын нэгж: м/с
Зураг 4 Материалын урсгалын хурдны өөрчлөлт. (a) 0, 30, 60, 100 цагийн үед 0-р бүтэцтэй түүхий эдийн дунд хэсгийн материалын урсгалын тархалтын өөрчлөлт, r нь түүхий эдийн талбайн радиус; (б) 0, 30, 60, 100 цагийн үед 1-р бүтцийн түүхий эдийн дунд хэсгийн материалын урсгалын тархалтын өөрчлөлт, r нь түүхий эдийн талбайн радиус; (в) 0 ба 1-р байгууламжийн өсөлтийн камер (A, B) доторх болон түүхий эд (C, D) доторх материалын урсгалын хурдад цаг хугацааны өөрчлөлт; (г) 0 ба 100 цагийн үед 0 ба 1 байгууламжийн үрийн талст гадаргуугийн ойролцоо материалын урсгалын тархалт, r нь үрийн болорын радиус юм.
C/Si нь SiC талст өсөлтийн талст тогтвортой байдал болон согогийн нягтралд нөлөөлдөг. Зураг 5(а) нь эхний мөчид хоёр бүтцийн C/Si харьцааны тархалтыг харьцуулсан болно. C/Si харьцаа нь тигльний доороос дээд тал руу аажмаар буурч, 1-р бүтцийн C/Si харьцаа нь өөр өөр байрлалд 0-ийн бүтэцтэй харьцуулахад үргэлж өндөр байдаг. Зураг 5(b), 5(c)-ээс харахад өсөлтийн явцад C/Si харьцаа аажмаар нэмэгдэж байгаа нь өсөлтийн хожуу үе шатанд дотоод температурын өсөлт, түүхий эдийн графитжилт сайжирч, Si-ийн урвалтай холбоотой. графит тигельтэй хийн үе дэх бүрэлдэхүүн хэсгүүд. Зураг 5(d)-д бүтцийн 0 болон 1-р бүтцийн C/Si харьцаа нь PG-ийн доор (0, 25 мм), харин PG-ээс (50 мм) бага зэрэг ялгаатай бөгөөд болор руу ойртох тусам ялгаа аажмаар нэмэгддэг. . Ерөнхийдөө 1-р бүтцийн C/Si харьцаа илүү өндөр бөгөөд энэ нь болор хэлбэрийг тогтворжуулах, фазын шилжилтийн магадлалыг бууруулахад тусалдаг.
Зураг 5 C/Si харьцааны тархалт ба өөрчлөлт. (a) 0 цагийн үед бүтэц 0 (зүүн) ба 1 (баруун) бүтэцтэй тигль дэх C/Si харьцааны тархалт; (б) 0 бүтэцтэй тигелийн төв шугамаас өөр өөр хугацаанд (0, 30, 60, 100 цаг) өөр өөр зайд C/Si харьцаа; (в) 1-р бүтцийн тигелийн төв шугамаас өөр өөр хугацаанд (0, 30, 60, 100 цаг) өөр өөр зайд C/Si харьцаа; (г) С/Si харьцааг өөр өөр хугацаанд (0, 25, 50, 75, 100 мм) 0-р бүтэцтэй тигелийн төв шугамаас (хатуу шугам) ба 1-р бүтцийн (тасархай шугам) өөр өөр хугацаанд харьцуулах (0, 30, 60, 100 цаг).
Зураг 6-д хоёр бүтцийн түүхий эдийн бүсийн хэсгүүдийн диаметр болон сүвэрхэг байдлын өөрчлөлтийг харуулав. Тигель хананы ойролцоо түүхий эдийн диаметр багасч, сүвэрхэг чанар ихсэх ба өсөлтийн явцад ирмэгийн сүвэрхэг байдал нэмэгдэж, ширхэгийн диаметр багассаар байгааг зураг харуулж байна. Ирмэгийн хамгийн их сүвэрхэг чанар 100 цагт ойролцоогоор 0.99, бөөмийн хамгийн бага диаметр нь 300 μм орчим байна. Бөөмийн диаметр нэмэгдэж, сүвэрхэг чанар нь түүхий эдийн дээд гадаргуу дээр буурч, дахин талстжилттай тохирч байна. Өсөлт ахих тусам дахин талстжих хэсгийн зузаан нэмэгдэж, ширхэгийн хэмжээ болон сүвэрхэг байдал өөрчлөгдсөөр байна. Бөөмийн хамгийн их диаметр нь 1500 мкм-ээс их, хамгийн бага сүвэрхэг чанар нь 0.13 байна. Мөн PG нь түүхий эдийн талбайн температурыг нэмэгдүүлж, хийн хэт ханалт бага байдаг тул 1-р бүтцийн түүхий эдийн дээд хэсгийн дахин талстжих зузаан бага байгаа нь түүхий эдийн ашиглалтын түвшинг сайжруулдаг.
Зураг 6 Бөөмийн диаметр (зүүн) ба сүвэрхэг (баруун) бүтцийн 0 ба бүтцийн 1-ийн түүхий эдийн талбайн өөр өөр цаг үед гарсан өөрчлөлт, ширхэгийн диаметрийн нэгж: мкм
7-р зурагт 0-ийн бүтэц өсөлтийн эхэн үед мултарч байгааг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь түүхий эдийн ирмэгийн графитжилтаас үүссэн материалын хэт их урсгалтай холбоотой байж болох юм. Дараачийн өсөлтийн явцад гулзайлтын зэрэг нь сулардаг бөгөөд энэ нь 4-р зураг (d) дахь бүтцийн 0-ийн талст өсөлтийн урд хэсэгт материалын урсгалын хурдны өөрчлөлттэй тохирч байна. 1-р бүтцэд PG-ийн нөлөөгөөр болор интерфейс нь муруйлт харагдахгүй байна. Үүнээс гадна PG нь 1-р бүтцийн өсөлтийн хурдыг 0-ийнхээс хамаагүй бага болгодог. 100 цагийн дараа 1-р бүтцийн болорын төвийн зузаан нь 0-р бүтэцтэй харьцуулахад ердөө 68% байна.
Зураг 7 30, 60, 100 цагийн үед бүтэц 0 ба бүтэц 1 талстуудын интерфейсийн өөрчлөлт
Болор өсөлтийг тоон симуляцийн процессын нөхцөлд явуулсан. 0 бүтэц болон 1-р бүтэцээр ургуулсан талстуудыг Зураг 8(a) болон Зураг 8(b)-д тус тус үзүүлэв. 0 бүтцийн талст нь төв хэсэгт долгионтой, ирмэг дээр нь фазын шилжилттэй, хотгор интерфэйсийг харуулж байна. Гадаргуугийн гүдгэр байдал нь хийн фазын материалыг тээвэрлэхэд тодорхой хэмжээний жигд бус байдлыг илэрхийлдэг бөгөөд фазын шилжилтийн илрэл нь бага C / Si харьцаатай тохирч байна. 1-р бүтцээр ургуулсан болорын интерфейс бага зэрэг гүдгэр, фазын шилжилт илрээгүй, зузаан нь PG-гүй болорын 65% байна. Ерөнхийдөө болор өсөлтийн үр дүн нь симуляцийн үр дүнтэй тохирч байгаа бөгөөд 1-р бүтцийн болор интерфэйс дэх радиаль температурын зөрүү их, захын хурдацтай өсөлт дарагдаж, материалын нийт урсгалын хурд удаан байна. Нийт чиг хандлага нь тоон симуляцийн үр дүнтэй нийцэж байна.
Зураг 8 0 бүтэц, бүтэц 1 дор ургасан SiC талстууд
Дүгнэлт
PG нь түүхий эдийн талбайн ерөнхий температурыг сайжруулах, тэнхлэгийн болон радиаль температурын жигд байдлыг сайжруулахад тустай бөгөөд түүхий эдийг бүрэн сублимация, ашиглалтыг дэмжих; дээд ба доод температурын зөрүү нэмэгдэж, үрийн болор гадаргуугийн радиаль градиент нэмэгдэж, энэ нь гүдгэр интерфэйсийн өсөлтийг хадгалахад тусалдаг. Масс дамжуулалтын хувьд PG-ийг нэвтрүүлэх нь нийт масс дамжуулах хурдыг бууруулж, PG агуулсан өсөлтийн камер дахь материалын урсгалын хурд цаг хугацааны явцад бага өөрчлөгдөж, өсөлтийн бүх процесс илүү тогтвортой байдаг. Үүний зэрэгцээ, PG нь хэт их ирмэгийн массын дамжуулалтыг үр дүнтэй дарангуйлдаг. Нэмж дурдахад PG нь өсөлтийн орчны C/Si харьцааг, ялангуяа үрийн болор интерфейсийн урд ирмэгийг нэмэгдүүлдэг бөгөөд энэ нь өсөлтийн явцад фазын өөрчлөлтийг багасгахад тусалдаг. Үүний зэрэгцээ PG-ийн дулаан тусгаарлах нөлөө нь түүхий эдийн дээд хэсэгт дахин талстжилт үүсэхийг тодорхой хэмжээгээр бууруулдаг. Кристал өсөлтийн хувьд PG нь болор өсөлтийн хурдыг удаашруулдаг боловч өсөлтийн интерфейс нь илүү гүдгэр байдаг. Тиймээс PG нь SiC талстуудын өсөлтийн орчныг сайжруулж, болор чанарыг оновчтой болгох үр дүнтэй хэрэгсэл юм.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 6-р сарын 18