د سیلیکون کاربایډ کرسټال وده باندې د پورس ګرافیټ اغیزې په اړه د شمیرې سمولیشن مطالعه

د بنسټیز بهیرSiCد کرسټال وده په لوړه تودوخه کې د خامو موادو د تخریب او تخریب، د تودوخې د تدریجي عمل لاندې د ګازو مرحلو موادو لیږد، او د تخم کرسټال کې د ګاز پړاو موادو د بیا تنظیم کولو وده کې ویشل کیږي. د دې پر بنسټ، د صلیب داخلي برخه په دریو برخو ویشل شوې ده: د خامو موادو ساحه، د ودې خونه او د تخم کرسټال. د ریښتیني مقاومت پراساس د عددي سمولو ماډل رسم شویSiCد واحد کرسټال د ودې تجهیزات (شکل 1 وګورئ). په محاسبه کې: لاندینۍ برخهصلیب وړد اړخ هیټر له لاندې څخه 90 ملي میتره لیرې دی، د کریبل پورته تودوخه 2100 ℃ ده، د خامو موادو ذرو قطر 1000 μm دی، د پورسیت 0.6 دی، د ودې فشار 300 Pa دی، او د ودې وخت 100 h دی. . د PG ضخامت 5 ملي میتر دی، قطر یې د صلیب د داخلي قطر سره مساوي دی، او دا د خامو موادو څخه 30 ملي متره پورته موقعیت لري. په محاسبه کې د خامو موادو د زون د سبلیمیشن، کاربونیزیشن، او بیا کریستال کولو پروسې په پام کې نیول شوي، او د PG او ګاز مرحلې موادو ترمنځ عکس العمل په پام کې نه نیول کیږي. د محاسبې اړوند فزیکي ملکیت پیرامیټونه په جدول 1 کې ښودل شوي.

شکل 1 د سمولو محاسبه ماډل. (a) د کرسټال ودې سمولیشن لپاره د تودوخې ساحې ماډل؛ (b) د کریسبل د داخلي ساحې ویش او اړوند فزیکي ستونزې

جدول 1 ځینې فزیکي پیرامیټونه په محاسبه کې کارول شوي

شکل 2(a) ښیي چې د PG لرونکی جوړښت تودوخه (د جوړښت 1 په توګه پیژندل شوی) د PG څخه پاک جوړښت (د جوړښت 0 په توګه پیژندل شوی) څخه د PG لاندې لوړه ده، او د PG څخه پورته جوړښت 0 څخه ټیټه ده. د تودوخې ټولیز تدریجي لوړیږي، او PG د تودوخې انسول کولو ایجنټ په توګه کار کوي. د 2 (b) او 2 (c) شکلونو له مخې، د خامو موادو په زون کې د جوړښت 1 محوری او ریډیل د تودوخې درجه کوچنۍ ده، د تودوخې ویش ډیر یونیفورم دی، او د موادو لوړوالی ډیر بشپړ دی. د خامو موادو د زون په خلاف، شکل 2(c) ښیي چې د جوړښت 1 د تخم کرسټال کې د ریډیل د تودوخې درجه لویه ده، کوم چې کیدای شي د مختلف تودوخې لیږد طریقې د مختلف تناسب له امله رامنځته شي، کوم چې د کرسټال سره د محدق انٹرفیس سره وده کوي. . په 2(d) شکل کې، په کریبل کې په مختلفو موقعیتونو کې د تودوخې درجه د ودې په جریان کې د زیاتیدونکي رجحان ښکارندوی کوي، مګر د جوړښت 0 او جوړښت 1 ترمنځ د تودوخې توپیر په تدریجي ډول د خامو موادو په زون کې کمیږي او په تدریجي توګه د ودې په خونه کې وده کوي.

شکل 2 د تودوخې توزیع او په کریبل کې بدلونونه. (a) د جوړښت 0 (کیڼ) او جوړښت 1 (ښي) په 0 h، واحد کې د کروسیبل دننه د تودوخې ویش: ℃؛ (b) د تودوخې توزیع د جوړښت 0 او جوړښت 1 د کروسیبل په مرکزي کرښه کې د خامو موادو له لاندې څخه د تخم کرسټال ته په 0 h کې؛ (c) د تودوخې ویش له مرکز څخه د کریسبل تر څنډې پورې د تخم کرسټال سطح (A) او د خامو موادو سطحه (B)، منځنی (C) او ښکته (D) په 0 h کې، افقی محور r دی. د A لپاره د تخم کرسټال وړانګې، او د B~D لپاره د خامو موادو د ساحې وړانګې؛ (d) د 0، 30، 60، او 100 h د جوړښت 0 او جوړښت 1 د ودې خونې د پورتنۍ برخې (A)، د خامو موادو سطحه (B) او منځنۍ (C) په مرکز کې د تودوخې بدلون.

3 شکل د ساختمان 0 او جوړښت 1 په کروسیبل کې په مختلف وختونو کې د موادو ټرانسپورټ ښیي. د خامو موادو ساحه کې د ګاز مرحله د موادو جریان سرعت او د ودې چیمبر د موقعیت په زیاتوالي سره وده کوي، او د موادو لیږد کمزوری کیږي لکه څنګه چې وده وده کوي. . 3 شکل دا هم ښیي چې د سمولو شرایطو لاندې، خام مواد لومړی د صلیب په اړخ دیوال کې او بیا د صلیب په ښکته برخه کې ګرافیت کوي. برسېره پر دې، د خامو موادو په سطحه کې بیا کریستال کول شتون لري او دا په تدریجي ډول د ودې وده کوي. شکل 4(a) او 4(b) ښیي چې د خامو موادو دننه د موادو جریان کمیږي لکه څنګه چې وده وده کوي، او په 100 h کې د موادو جریان کچه د ابتدايي شیبې شاوخوا 50٪ ده؛ په هرصورت، د جریان کچه د خامو موادو د ګرافیت کولو له امله په څنډه کې نسبتا لویه ده، او په څنډه کې د جریان کچه په منځنۍ ساحه کې د جریان د اندازې څخه 10 چنده ډیر په 100 h کې؛ برسېره پردې، په جوړښت 1 کې د PG اغیز د ساختمان 1 د خامو موادو په ساحه کې د موادو جریان کچه د جوړښت 0 په پرتله ټیټه کوي. په 4(c) شکل کې، د موادو جریان دواړه د خامو موادو ساحه او د ودې خونه په تدریجي ډول ضعیف کیږي لکه څنګه چې وده وده کوي، او د خامو موادو په ساحه کې د موادو جریان کمیدو ته دوام ورکوي، کوم چې د کریبل په څنډه کې د هوا جریان چینل پرانیستل او په پورتنۍ برخه کې د بیا رغاونې خنډ سبب کیږي؛ د ودې په خونه کې، د جوړښت 0 د موادو د جریان کچه په لومړیو 30 ساعتونو کې 16٪ ته په چټکۍ سره راټیټیږي، او یوازې په راتلونکی وخت کې 3٪ کمیږي، پداسې حال کې چې جوړښت 1 د ودې په بهیر کې نسبتا باثباته پاتې کیږي. نو ځکه، PG د ودې په خونه کې د موادو د جریان کچه ثبات کې مرسته کوي. شکل 4(d) د کرسټال د ودې په مخ کې د موادو د جریان کچه پرتله کوي. په لومړنۍ شیبه او 100 ساعتو کې، د جوړښت 0 د ودې په ساحه کې د موادو ټرانسپورټ د جوړښت 1 په پرتله خورا پیاوړی دی، مګر د جوړښت 0 په څنډه کې تل د لوړ جریان اندازه ساحه شتون لري، چې په څنډه کې د ډیرې ودې لامل کیږي. . په جوړښت 1 کې د PG شتون په مؤثره توګه دا پدیده فشاروي.

شکل 3 په صلیب کې د موادو جریان. په مختلفو وختونو کې د 0 او 1 په جوړښتونو کې د ګازو موادو ټرانسپورټ سټریم لین (کیڼ) او سرعت ویکتورونه (ښي)، د سرعت ویکتور واحد: m/s

شکل 4 د موادو د جریان په نرخ کې بدلون. (a) په 0، 30، 60، او 100 h کې د ساختمان د خامو موادو په مینځ کې د موادو د جریان نرخ ویش کې بدلون، r د خامو موادو د ساحې شعاع ده؛ (b) د ساختمان د خامو موادو په منځ کې په 0، 30، 60 او 100 h کې د موادو د جریان د اندازې په ویش کې بدلون، r د خامو موادو د ساحې وړانګې دي؛ (c) د وخت په تیریدو سره د ودې د خونې (A, B) دننه او د خامو موادو (C, D) دننه د 0 او 1 جوړښتونو کې د موادو جریان کې بدلون؛ (d) د 0 او 1 جوړښتونو د تخم کرسټال سطح ته نږدې په 0 او 100 h کې د موادو جریان نرخ ویش، r د تخم کرسټال وړانګه ده

C/Si د کرسټال ثبات او د SiC کرسټال وده د عیب کثافت اغیزه کوي. شکل 5(a) په لومړي شیبه کې د دوه جوړښتونو د C/Si تناسب ویش پرتله کوي. د C/Si تناسب په تدریجي ډول د لاندې څخه تر پورتنۍ برخې پورې کمیږي، او د جوړښت 1 د C/Si تناسب تل په مختلفو پوستونو کې د جوړښت 0 څخه لوړ وي. شکل 5(b) او 5(c) ښیي چې د C/Si نسبت په تدریجي ډول د ودې سره وده کوي، کوم چې د ودې په وروستي پړاو کې د داخلي تودوخې له زیاتوالي، د خامو موادو د ګرافیت کولو وده، او د Si عکس العمل سره تړاو لري. اجزا د ګاز په مرحله کې د ګرافائٹ کروسیبل سره. په 5(d) شکل کې، د جوړښت 0 او جوړښت 1 د C/Si نسبت د PG (0, 25 mm) لاندې خورا توپیر لري، مګر د PG (50 mm) څخه لږ توپیر لري، او توپیر په تدریجي ډول لوړیږي کله چې کرسټال ته نږدې کیږي. . په عموم کې، د جوړښت 1 C/Si نسبت لوړ دی، کوم چې د کرسټال شکل ثبات او د پړاو د لیږد احتمال کمولو کې مرسته کوي.

شکل 5 د C/Si تناسب ویش او بدلون. (a) د C/Si تناسب ویش د جوړښت 0 (کیڼ اړخ) او جوړښت 1 (ښي) په 0 h کې کروسیبل کې؛ (b) د C/Si تناسب په مختلفو وختونو کې د جوړښت 0 د مرکزي کرښې څخه په مختلفو فاصلو کې (0, 30, 60, 100 h)؛ (c) د C/Si تناسب په مختلفو وختونو کې (0, 30, 60, 100 h); (d) د C/Si نسبت په مختلفو فاصلو (0, 25, 50, 75, 75, 100 mm) د جوړښت 0 (محکمه کرښه) او جوړښت 1 (ډش شوي کرښه) په مختلفو وختونو کې (0, 30، 60، 100 ه).

شکل 6 د دوو جوړښتونو د خامو موادو د ساحو د ذرې په قطر او د مسمومیت بدلون ښیي. ارقام ښیي چې د خامو موادو قطر کمیږي او د کریبل دیوال ته نږدې د پورسیت لوړیږي، او د څنډې پورسیت په دوامداره توګه لوړیږي او د ذرې قطر کمیدو ته دوام ورکوي لکه څنګه چې وده وده کوي. اعظمي څنډه په 100 h کې شاوخوا 0.99 ده، او لږترلږه د ذرې قطر شاوخوا 300 μm دی. د ذرې قطر زیاتیږي او د خامو موادو په پورتنۍ سطحه کې د بیا کریستال کولو سره مساوي پورسیت کمیږي. د بیا رغاونې ساحې ضخامت د ودې په جریان کې ډیریږي ، او د ذرې اندازه او پورسیت بدلون ته دوام ورکوي. د ذرې اعظمي قطر له 1500 μm څخه ډیر ته رسي، او لږ تر لږه پورسیت 0.13 دی. برسېره پر دې، له هغه وخته چې PG د خامو موادو د ساحې د تودوخې درجه لوړوي او د ګاز سوپر سیوریشن کوچنی دی، د جوړښت 1 د خامو موادو د پورتنۍ برخې د بیا رغاونې ضخامت کوچنی دی، کوم چې د خامو موادو کارولو کچه ښه کوي.

شکل 6 په مختلفو وختونو کې د ساختمان 0 او جوړښت 1 د خامو موادو ساحې د ذرې قطر (کیڼ اړخ) او پورسیت (ښي) کې بدلون، د ذرې قطر واحد: μm

7 شکل ښیي چې جوړښت 0 د ودې په پیل کې جنګیږي، کوم چې کیدای شي د موادو د جریان زیاتوالي سره تړاو ولري چې د خامو موادو د څنډې د ګرافیت کولو له امله رامنځته کیږي. د ورپینګ درجې د وروسته ودې پروسې په جریان کې ضعیف کیږي ، کوم چې په 4 (d) شکل کې د جوړښت 0 کرسټال ودې په مخ کې د موادو جریان نرخ کې بدلون سره مطابقت لري. په جوړښت 1 کې، د PG د اغیزو له امله، کرسټال انٹرفیس د جنګیالیو ښکارندوی نه کوي. برسېره پر دې، PG هم د جوړښت 1 د ودې کچه د جوړښت 0 په پرتله د پام وړ ټیټه کوي. د 100 h وروسته د جوړښت د کرسټال مرکزي ضخامت یوازې د جوړښت 0 68٪ دی.

شکل 7 په 30، 60، او 100 h کې د جوړښت 0 او جوړښت 1 کریسټالونو انٹرفیس بدلون

د کرسټال وده د شمیرې سمولو پروسې شرایطو لاندې ترسره شوې. کرسټالونه چې د جوړښت 0 او جوړښت 1 لخوا وده شوي په ترتیب سره په 8 (a) او 8 (b) شکل کې ښودل شوي. د جوړښت کرسټال 0 یو مقعر انٹرفیس ښیي، په مرکزي ساحه کې بې ثباتي او په څنډه کې د پړاو لیږد. د سطحی محرابیت د ګاز مرحلې موادو په لیږد کې د یو مشخص درجې غیر همغږي استازیتوب کوي، او د مرحلې لیږد شتون د ټیټ C/Si تناسب سره مطابقت لري. د جوړښت 1 پواسطه وده شوي کرسټال انٹرفیس یو څه محدب دی، هیڅ مرحله لیږد نه موندل کیږي، او ضخامت د PG پرته د کرسټال 65٪ دی. په عموم کې، د کرسټال وده پایلې د سمولو پایلو سره مطابقت لري، د جوړښت 1 کرسټال انٹرفیس کې د لوی ریډیل تودوخې توپیر سره، په څنډه کې ګړندی وده ځپل کیږي، او د موادو د جریان عمومي کچه ورو ده. ټولیز رجحان د شمیرې سمولو پایلو سره مطابقت لري.

شکل 8 SiC کرسټالونه د جوړښت 0 او جوړښت 1 لاندې کرل شوي

پایله

PG د خامو موادو د ساحې د ټولیز تودوخې د ښه والي او د محوري او ریډیل د تودوخې یونیفورم ښه کولو لپاره مناسب دی، د خامو موادو بشپړ لوړولو او کارولو ته وده ورکوي؛ د پورته او ښکته د تودوخې توپیر زیاتیږي، او د تخم کرسټال سطح ریډیل ګریډینټ زیاتیږي، کوم چې د محدب انٹرفیس وده ساتلو کې مرسته کوي. د ډله ایز لیږد په شرایطو کې، د PG معرفي کول د ډله ایز لیږد کچه راټیټوي، د ودې په خونه کې د موادو جریان کچه چې PG لري د وخت په تیریدو سره لږ بدلون راځي، او د ودې ټوله پروسه خورا باثباته ده. په ورته وخت کې، PG هم په مؤثره توګه د اضافي څنډې ډله ایز لیږد پیښې مخنیوی کوي. سربیره پردې، PG د ودې چاپیریال د C/Si تناسب هم زیاتوي، په ځانګړې توګه د تخم کریسټال انٹرفیس په مخکینۍ څنډه کې، کوم چې د ودې پروسې په جریان کې د پړاو بدلون کمولو کې مرسته کوي. په ورته وخت کې ، د PG حرارتي موصلیت اغیزه تر یوې اندازې پورې د خامو موادو په پورتنۍ برخه کې د بیا کریسټالیزیشن پیښې کموي. د کرسټال ودې لپاره، PG د کرسټال د ودې کچه ورو کوي، مګر د ودې انٹرفیس ډیر محدب دی. له همدې امله ، PG د SiC کرسټالونو ودې چاپیریال ته وده ورکولو او د کرسټال کیفیت غوره کولو لپاره مؤثره وسیله ده.