Prosés dasar tinaSiCpertumbuhan kristal dibagi kana sublimation jeung dékomposisi bahan baku dina suhu luhur, transportasi zat fase gas dina aksi gradién suhu, sarta rekristalisasi tumuwuhna zat fase gas dina kristal cikal. Dumasar ieu, interior crucible dibagi kana tilu bagian: aréa bahan baku, chamber tumuwuh sarta kristal siki. Hiji model simulasi numerik ieu digambar dumasar kana résistif sabenernaSiCalat-alat tumuwuh kristal tunggal (tingali Gambar 1). Dina itungan: handap dinacruciblenyaeta 90 mm jauh ti handap manaskeun samping, suhu luhureun crucible nyaeta 2100 ℃, diaméter partikel bahan baku nyaeta 1000 μm, porosity nyaeta 0,6, tekanan tumuwuhna 300 Pa, sarta waktu tumuwuhna nyaéta 100 h. . Ketebalan PG nyaéta 5 mm, diaméterna sarua jeung diaméter jero crucible, sarta eta perenahna 30 mm luhureun bahan baku. Proses sublimasi, karbonisasi, sareng rekristalisasi zona bahan baku dianggap dina itungan, sareng réaksi antara PG sareng zat fase gas henteu dipertimbangkeun. Parameter sipat fisik nu patali itungan ditémbongkeun dina Table 1.
Gambar 1 Model itungan simulasi. (a) Modél médan termal pikeun simulasi pertumbuhan kristal; (b) Divisi wewengkon internal tina crucible jeung masalah fisik patali
meja 1 Sababaraha parameter fisik dipaké dina itungan
Gambar 2 (a) nunjukkeun yén suhu struktur anu ngandung PG (dilambangkeun salaku struktur 1) langkung luhur tibatan struktur PG bébas (dilambangkeun salaku struktur 0) di handap PG, sareng langkung handap tina struktur 0 di luhur PG. Gradién suhu sakabéh naek, sarta PG tindakan minangka agén panas-insulating. Nurutkeun kana Gambar 2(b) jeung 2(c), axial jeung radial suhu gradients struktur 1 di zone bahan baku leuwih leutik, sebaran suhu leuwih seragam, jeung sublimation bahan leuwih lengkep. Beda sareng zona bahan baku, Gambar 2 (c) nunjukkeun yén gradién suhu radial dina kristal siki tina struktur 1 langkung ageung, anu tiasa disababkeun ku proporsi anu béda tina modeu transfer panas anu béda-béda, anu ngabantosan kristal tumbuh kalayan antarmuka gilig. . Dina Gambar 2(d), suhu dina posisi béda dina crucible nembongkeun hiji trend ngaronjatna sakumaha tumuwuhna progresses, tapi bédana suhu antara struktur 0 jeung struktur 1 laun nurun di zone bahan baku sarta laun naek dina chamber tumuwuh.
angka 2 Distribusi suhu sarta parobahan dina crucible. (a) Distribusi suhu di jero crucible struktur 0 (kénca) jeung struktur 1 (katuhu) dina 0 h, unit: ℃; (b) Distribusi suhu dina garis tengah crucible struktur 0 jeung struktur 1 ti handap bahan baku ka kristal cikal dina 0 h; (c) Distribusi suhu ti puseur ka ujung crucible dina beungeut kristal siki (A) jeung beungeut bahan baku (B), tengah (C) jeung handap (D) dina 0 h, sumbu horizontal r nyaéta radius kristal cikal pikeun A, jeung radius aréa bahan baku pikeun B~D; (d) Parobahan suhu di tengah bagian luhur (A), permukaan bahan baku (B) jeung tengah (C) tina chamber tumuwuhna struktur 0 jeung struktur 1 di 0, 30, 60, jeung 100 h.
Gambar 3 nembongkeun angkutan bahan dina waktu nu beda dina crucible struktur 0 jeung struktur 1. Laju aliran bahan fase gas di wewengkon bahan baku jeung chamber tumuwuh nambahan jeung kanaékan posisi, jeung angkutan bahan weakens salaku tumuwuhna progresses . Gambar 3 ogé nunjukkeun yén dina kaayaan simulasi, bahan baku mimiti ngagrafitkeun dina témbok sisi crucible teras dina handapeun crucible. Sajaba ti éta, aya recrystallization dina beungeut bahan baku sarta eta laun thickens sakumaha tumuwuhna progresses. Angka 4 (a) sareng 4 (b) nunjukkeun yén laju aliran bahan di jero bahan baku turun nalika kamekaranna maju, sareng laju aliran bahan dina jam 100 sakitar 50% tina momen awal; kumaha oge, laju aliran relatif badag di tepi alatan graphitization tina bahan baku, sarta laju aliran di tepi leuwih ti 10 kali laju aliran di wewengkon tengah dina 100 h; Sajaba ti éta, pangaruh PG dina struktur 1 ngajadikeun laju aliran bahan di wewengkon bahan baku tina struktur 1 leuwih handap tina struktur 0. Dina Gambar 4(c), aliran bahan boh di wewengkon bahan baku jeung chamber tumuwuh laun weakens sakumaha tumuwuhna progresses, sarta aliran bahan di wewengkon bahan baku terus ngurangan, nu disababkeun ku bubuka saluran aliran hawa di ujung crucible jeung halangan recrystallization di. luhur; dina chamber tumuwuh, laju aliran bahan tina struktur 0 nurun gancang dina 30 h mimiti nepi ka 16%, sarta ngan turun ku 3% dina waktu saterusna, bari struktur 1 tetep rélatif stabil sapanjang proses tumuwuhna. Ku alatan éta, PG mantuan pikeun nyaimbangkeun laju aliran bahan dina chamber tumuwuh. Gambar 4(d) ngabandingkeun laju aliran bahan di hareup tumuwuhna kristal. Dina momen awal sareng 100 h, angkutan bahan dina zona kamekaran struktur 0 langkung kuat tibatan dina struktur 1, tapi sok aya daérah laju aliran anu luhur di ujung struktur 0, anu nyababkeun kamekaran kaleuleuwihan di tepi. . Ayana PG dina struktur 1 éféktif suppresses fenomena ieu.
Gambar 3 Aliran bahan dina crucible. Streamlines (kénca) jeung véktor laju (katuhu) angkutan bahan gas dina struktur 0 jeung 1 dina waktu nu béda, unit vektor laju: m/s
Gambar 4 Parobahan laju aliran bahan. (a) Parobahan distribusi laju aliran bahan di tengah bahan baku struktur 0 dina 0, 30, 60, jeung 100 h, r nyaéta radius wewengkon bahan baku; (b) Parobahan distribusi laju aliran bahan di tengah bahan baku struktur 1 dina 0, 30, 60, jeung 100 h, r nyaéta radius wewengkon bahan baku; (c) Parobahan laju aliran bahan di jero chamber tumuwuh (A, B) jeung di jero bahan baku (C, D) tina struktur 0 jeung 1 kana waktu; (d) Distribusi laju aliran bahan deukeut permukaan kristal siki tina struktur 0 jeung 1 dina 0 jeung 100 h, r nyaéta radius kristal siki.
C / Si mangaruhan stabilitas kristalin jeung dénsitas cacad tumuwuhna kristal SiC. Gambar 5(a) ngabandingkeun distribusi rasio C/Si tina dua struktur dina momen awal. Babandingan C/Si laun-laun turun ti handap ka luhur crucible, sarta rasio C/Si struktur 1 sok leuwih luhur batan struktur 0 dina posisi béda. Angka 5(b) jeung 5(c) némbongkeun yén babandingan C/Si laun-laun naek kalawan tumuwuh, nu patali jeung kanaékan suhu internal dina tahap saterusna tumuwuhna, ningkatna grafitisasi bahan baku, jeung réaksi Si komponén dina fase gas jeung crucible grafit. Dina Gambar 5(d), babandingan C/Si struktur 0 jeung struktur 1 rada béda di handap PG (0, 25 mm), tapi rada béda di luhur PG (50 mm), sarta bédana laun-laun naek nalika ngadeukeutan kristal. . Sacara umum, rasio C / Si struktur 1 leuwih luhur, nu mantuan nyaimbangkeun bentuk kristal sarta ngurangan kamungkinan transisi fase.
Gambar 5 Distribusi jeung parobahan rasio C/Si. (a) Distribusi rasio C/Si dina crucibles struktur 0 (kénca) jeung struktur 1 (katuhu) dina 0 h; (b) C / Si ratio dina jarak béda ti garis puseur crucible struktur 0 dina waktu nu beda (0, 30, 60, 100 h); (c) C / Si ratio dina jarak béda ti garis puseur crucible struktur 1 dina waktu nu beda (0, 30, 60, 100 h); (d) Babandingan rasio C / Si dina jarak anu béda (0, 25, 50, 75, 100 mm) tina garis tengah crucible struktur 0 (garis padet) sareng struktur 1 (garis putus-putus) dina waktos anu béda (0, 30, 60, 100 h).
Gambar 6 nembongkeun parobahan diaméter partikel jeung porosity wewengkon bahan baku tina dua struktur. Angka nunjukkeun yén diaméter bahan baku turun sareng porosity naék caket témbok crucible, sareng porosity ujung terus ningkat sareng diaméter partikel terus turun nalika kamekaranna maju. Porositas ujung maksimum kira-kira 0,99 dina 100 h, jeung diaméter partikel minimum kira-kira 300 μm. Diaméter partikel nambahan sarta porosity nurun dina beungeut luhur bahan baku, pakait jeung recrystallization. Ketebalan wewengkon recrystallization naek sakumaha tumuwuhna progresses, sarta ukuran partikel sarta porosity terus robah. Diaméter partikel maksimum ngahontal leuwih ti 1500 μm, sarta porosity minimum nyaéta 0,13. Sajaba ti éta, saprak PG naek suhu wewengkon bahan baku sarta supersaturation gas leutik, ketebalan recrystallization tina bagian luhur bahan baku struktur 1 leutik, nu ngaronjatkeun laju utilization bahan baku.
Gambar 6 Parobahan diaméter partikel (kénca) jeung porositas (katuhu) wewengkon bahan baku tina struktur 0 jeung struktur 1 dina waktu nu beda, Unit diaméter partikel: μm
Gambar 7 nunjukeun yen struktur 0 warps dina awal tumuwuhna, nu bisa jadi patali jeung laju aliran bahan kaleuleuwihan disababkeun ku graphitization tina ujung bahan baku. Darajat warping ieu ngaruksak salila prosés tumuwuhna saterusna, nu pakait jeung parobahan dina laju aliran bahan di hareup tumuwuhna kristal struktur 0 dina Gambar 4 (d). Dina struktur 1, alatan pangaruh PG, antarbeungeut kristal teu némbongkeun warping. Sajaba ti éta, PG ogé ngajadikeun laju tumuwuh struktur 1 nyata leuwih handap tina struktur 0. Ketebalan puseur kristal struktur 1 sanggeus 100 h ngan 68% tina struktur 0.
Gambar 7 Parobahan panganteur struktur 0 jeung struktur 1 kristal dina 30, 60, jeung 100 h
Tumuwuhna kristal dilaksanakeun dina kaayaan prosés simulasi numerik. Kristal tumuwuh ku struktur 0 jeung struktur 1 ditémbongkeun dina Gambar 8 (a) jeung Gambar 8 (b), mungguh. Kristal struktur 0 nembongkeun panganteur kerung, kalawan undulations di wewengkon sentral jeung transisi fase di tepi. The convexity permukaan ngagambarkeun darajat tangtu inhomogeneity dina angkutan bahan gas-fase, sarta lumangsungna transisi fase pakait jeung low C / Si ratio. Antarbeungeut tina kristal tumuwuh ku struktur 1 rada gilig, euweuh transisi fase kapanggih, sarta ketebalan 65% tina kristal tanpa PG. Sacara umum, hasil tumuwuhna kristal pakait jeung hasil simulasi, kalawan bédana hawa radial gedé dina panganteur kristal tina struktur 1, tumuwuhna gancang di tepi diteken, sarta laju aliran bahan sakabéh leuwih laun. Trend sakabéh konsisten jeung hasil simulasi numeris.
Gambar 8 kristal SiC tumuwuh dina struktur 0 jeung struktur 1
kacindekan
PG nyaeta kondusif pikeun perbaikan suhu sakabéh wewengkon bahan baku sarta perbaikan axial na radial uniformity hawa, promosi nu sublimation pinuh sarta utilization bahan baku; bédana suhu luhur jeung handap naek, sarta gradién radial tina beungeut kristal cikal naek, nu mantuan pikeun ngajaga tumuwuhna panganteur gilig. Dina watesan mindahkeun massa, bubuka PG ngurangan laju mindahkeun massa sakabéh, laju aliran bahan dina chamber tumuwuhna ngandung PG robah kirang kalawan waktu, sarta sakabéh prosés tumuwuhna leuwih stabil. Dina waktu nu sarua, PG ogé éféktif nyegah lumangsungna mindahkeun massa tepi kaleuleuwihan. Sajaba ti éta, PG ogé ngaronjatkeun C / Si ratio lingkungan tumuwuh, utamana dina ujung hareup antarbeungeut kristal cikal, nu mantuan pikeun ngurangan lumangsungna robah fase salila prosés tumuwuh. Dina waktu nu sarua, pangaruh insulasi termal PG ngurangan lumangsungna recrystallization di bagean luhur bahan baku ka extent tangtu. Pikeun tumuwuh kristal, PG slows turun laju tumuwuh kristal, tapi panganteur tumuwuhna leuwih gilig. Ku alatan éta, PG mangrupa sarana éféktif pikeun ngaronjatkeun lingkungan tumuwuhna kristal SiC sarta ngaoptimalkeun kualitas kristal.
waktos pos: Jun-18-2024