Раванди асосииSiCафзоиши кристалл ба сублиматсия ва таҷзияи ашёи хом дар ҳарорати баланд, интиқоли моддаҳои фазаи газӣ дар зери таъсири градиенти ҳарорат ва афзоиши дубора кристаллизатсияи моддаҳои фазаи газ дар кристали тухмӣ тақсим карда мешавад. Дар асоси ин, дохили тигель ба се қисм тақсим мешавад: майдони ашёи хом, камераи афзоиш ва кристалл тухмӣ. Модели симулятсияи ададӣ дар асоси муқовимати воқеӣ кашида шудSiCтаҷҳизоти афзоиши як кристалл (нигаред ба расми 1). Дар ҳисоб: поёнитигельаз қаъри гармкунаки паҳлӯ 90 мм дуртар ҷойгир аст, ҳарорати болоии тигел 2100 ℃, диаметри заррачаҳои ашёи хом 1000 мкм, ковокӣ 0,6, фишори афзоиш 300 Па, вақти афзоиш 100 соат аст. . Гафсии PG 5 мм буда, диаметраш ба диаметри дарунии тигель баробар буда, аз ашьёи хом 30 мм болотар чойгир аст. Дар њисоб равандњои сублиматсия, карбонизатсия ва рекристаллизатсияи минтаќаи ашёи хом ба назар гирифта мешаванд ва реаксияи байни моддањои фазаи PG ва газ ба назар гирифта намешавад. Параметрҳои моликияти физикии ба ҳисоб алоқаманд дар ҷадвали 1 нишон дода шудаанд.
Расми 1 Модели ҳисобкунии моделиронӣ. $А) Модели майдони гарми барои моделсозии афзоиши кристалл; (б) Тақсимоти майдони дохилии тигел ва мушкилоти физикии марбут
Ҷадвали 1 Баъзе параметрҳои физикӣ, ки дар ҳисоб истифода мешаванд
Дар расми 2(а) нишон дода шудааст, ки ҳарорати сохтори дорои PG (ҳамчун сохтори 1 нишон дода мешавад) нисбат ба сохтори бе PG (ҳамчун сохтори 0 ишора карда мешавад) дар зери PG баландтар ва нисбат ба сохтори 0 дар болои PG пасттар аст. Градиенти умумии ҳарорат зиёд мешавад ва PG ҳамчун агенти гармидиҳӣ амал мекунад. Тибқи расмҳои 2(б) ва 2(в) градиентҳои ҳарорати меҳварӣ ва радиалии сохтори 1 дар минтақаи ашёи хом хурдтар, тақсимоти ҳарорат яксонтар ва сублиматсияи мавод пурратар аст. Баръакси минтақаи ашёи хом, расми 2(в) нишон медиҳад, ки градиенти ҳарорати радиалӣ дар кристаллҳои тухмии сохтори 1 калонтар аст, ки он метавонад бо таносуби гуногуни режимҳои интиқоли гармӣ ба вуҷуд ояд, ки ба афзоиши кристалл бо интерфейси конвекс кӯмак мекунад . Дар расми 2(г) њарорат дар мавќеъњои гуногуни тигел тамоюли афзоишро дар баробари пешравии афзоиш нишон медињад, вале фарќи њарорати байни сохтори 0 ва сохтори 1 дар минтаќаи ашёи хом тадриљан кам шуда, дар камераи афзоиш тадриљан зиёд мешавад.
Расми 2 Тақсимоти ҳарорат ва тағирот дар тигел. $А) Тақсимоти ҳарорат дар дохили тигели сохтори 0 (аз чап) ва сохтори 1 (аз рост) дар 0 соат, воҳид: ℃; $B) Тақсимоти ҳарорат дар хати марказии тигели сохтори 0 ва сохтори 1 аз қаъри ашёи хом ба кристалл тухмӣ дар 0 соат; $C) Тақсимоти ҳарорат аз марказ то канори тигел дар сатҳи кристаллии тухмӣ (А) ва сатҳи ашёи хом (В), миёна (C) ва поёни (D) дар 0 соат, меҳвари уфуқӣ r аст. радиуси кристалии тухмӣ барои A ва радиуси майдони ашёи хом барои B~D; $D) Таѓйирёбии њарорат дар маркази ќисми боло (А), сатњи ашёи хом (В) ва миёнаи (С) камераи афзоиши сохтори 0 ва сохтори 1 дар 0, 30, 60 ва 100 соат.
Дар расми 3 интиқоли мавод дар вақтҳои гуногун дар тигели сохтори 0 ва сохтори 1 нишон дода шудааст. Суръати ҷараёни маводи фазаи газ дар майдони ашёи хом ва камераи афзоиш бо афзоиши мавқеъ меафзояд ва интиқоли мавод дар баробари пешрафти афзоиш заиф мешавад. . Дар расми 3 инчунин нишон дода шудааст, ки дар шароити моделиронӣ ашёи хом аввал дар девори паҳлӯи тигел ва баъд дар поёни тигел графит мешавад. Илова бар ин, дар сатҳи ашёи хом дубора кристаллизатсия ба амал меояд ва бо пешрафти афзоиш он тадриҷан ғафс мешавад. Наќшањои 4(а) ва 4(б) нишон медињанд, ки суръати љараёни мавод дар дохили ашёи хом дар баробари пешравии афзоиш кам мешавад ва суръати љараёни мавод дар 100 соат ќариб 50% лањзаи аввалро ташкил медињад; аммо дар дами графитизатсияи ашьёи хом суръати чараён нисбатан калон аст ва суръати чараён дар канори он назар ба суръати чараёни майдони миёна дар 100 соат бештар аз 10 маротиба зиёд аст; илова бар ин, таъсири PG дар сохтори 1 суръати ҷараёни маводро дар майдони ашёи хоми сохтор 1 нисбат ба сохтори 0 камтар мекунад. Дар расми 4(c), ҷараёни мавод ҳам дар майдони ашёи хом ва ҳам дар камераи афзоиш дар баробари пешрафти афзоиш тадриҷан суст мешавад ва ҷараёни мавод дар майдони ашёи хом коҳишро идома медиҳад, ки дар натиҷаи кушодани канали ҷараёни ҳаво дар канори тигел ва монеъ шудан ба рекристаллизатсия дар боло ба амал меояд; дар камераи афзоиш суръати ҷараёни маводи сохтори 0 дар 30 соати аввал то 16% кам мешавад ва дар вақти минбаъда танҳо 3% кам мешавад, дар ҳоле ки сохтори 1 дар тамоми раванди афзоиш нисбатан устувор мемонад. Аз ин рӯ, PG барои мӯътадил кардани суръати ҷараёни моддӣ дар камераи афзоиш кӯмак мекунад. Тасвири 4(г) суръати ҷараёни маводро дар пеши афзоиши кристалл муқоиса мекунад. Дар лаҳзаи аввал ва 100 соат интиқоли мавод дар минтақаи афзоиши сохтори 0 нисбат ба сохтори 1 қавитар аст, аммо дар канори сохтори 0 ҳамеша як минтақаи суръати баланди ҷараён мавҷуд аст, ки ба афзоиши аз ҳад зиёд дар канори он оварда мерасонад. . Мавҷудияти PG дар сохтори 1 ин падидаро ба таври муассир пахш мекунад.
Расми 3 Ҷараёни мавод дар тигел. Хатҳои ҷараён (аз чап) ва векторҳои суръати (аз рост) интиқоли маводи газ дар сохторҳои 0 ва 1 дар вақтҳои гуногун, воҳиди вектори суръат: м/с.
Расми 4 Тағйирот дар суръати ҷараёни мавод. $А) Таѓйироти таќсимоти суръати гардиши мавод дар мобайни ашёи хоми сохтори 0 дар 0, 30, 60 ва 100 соат, r радиуси майдони ашёи хом; $B) Таѓйирёбии таќсимоти суръати гардиши мавод дар мобайни ашёи хоми сохтори 1 дар 0, 30, 60 ва 100 соат, r радиуси майдони ашёи хом; $C) Таѓйирёбии суръати гардиши мавод дар дохили камераи афзоиш (А, В) ва дар дохили ашёи хоми (С, Г) сохторњои 0 ва 1 бо мурури замон; $D) Тақсимоти суръати ҷараёни мавод дар наздикии сатҳи кристаллии тухмии сохторҳои 0 ва 1 дар 0 ва 100 соат, r радиуси кристалл тухмӣ мебошад
C/Si ба устувории кристаллӣ ва зичии нуқсони афзоиши булӯри SiC таъсир мерасонад. Расми 5(а) тақсимоти таносуби C/Sи ду сохторро дар лаҳзаи аввал муқоиса мекунад. Таносуби C/Si аз поён ба болои тигел тадриҷан коҳиш меёбад ва таносуби C/Si сохтори 1 ҳамеша нисбат ба сохтори 0 дар мавқеъҳои гуногун баландтар аст. Наќшањои 5(б) ва 5(в) нишон медињанд, ки таносуби С/Sи дар баробари афзоиш тадриљан зиёд мешавад, ки ин ба баланд шудани њарорати дохилї дар марњилаи охири афзоиш, баланд шудани графитизатсияи ашёи хом ва реаксияи Си алоќаманд аст. ҷузъҳои дар марҳилаи газ бо тигел графит. Дар расми 5(г), таносуби C/Si сохтори 0 ва сохтори 1 дар зери PG (0, 25 мм) ба куллӣ фарқ мекунанд, аммо дар боло аз PG (50 мм) каме фарқ мекунанд ва баробари наздик шудан ба кристалл фарқият тадриҷан меафзояд. . Дар маҷмӯъ, таносуби C/Si сохтори 1 баландтар аст, ки ба эътидол овардани шакли кристалл ва кам кардани эҳтимолияти гузариши фаза мусоидат мекунад.
Тасвири 5 Тақсим ва тағирёбии таносуби C / Si. $А) Тақсимоти таносуби C/Si дар тигелҳои сохтори 0 (аз чап) ва сохтори 1 (аз рост) дар соати 0; $B) таносуби C/Si дар масофањои гуногун аз хати марказии тигели сохтори 0 дар ваќтњои гуногун (0, 30, 60, 100 с); $C) таносуби C/Si дар масофањои гуногун аз хати марказии тигели сохтори 1 дар ваќтњои гуногун (0, 30, 60, 100 с); $D) Муқоисаи таносуби C/Si дар масофаҳои гуногун (0, 25, 50, 75, 100 мм) аз хати марказии тигели сохтори 0 (хати сахт) ва сохтори 1 (хатти рахна) дар вақтҳои гуногун (0, 30, 60, 100).
Дар расми 6 тағирот дар диаметри зарраҳо ва сӯрохии минтақаҳои ашёи хоми ду сохтор нишон дода шудааст. Дар расм нишон дода шудааст, ки диаметри ашёи хом дар назди девори тигел кам мешавад ва ковокӣ зиёд мешавад ва сӯрохии канори он афзоиш меёбад ва диаметри зарраҳо дар баробари пешрафти афзоиш коҳиш меёбад. Андозаи максималии кунҷӣ тақрибан 0,99 дар 100 соат ва диаметри ҳадди ақали зарраҳо тақрибан 300 мкм аст. Диаметри заррачаҳо дар сатҳи болоии ашёи хом зиёд мешавад ва ковокӣ кам мешавад, ки ба рекристаллизатсия мувофиқ аст. Ғафсии майдони дубора кристаллизатсия бо афзоиши афзоиш афзоиш меёбад ва андозаи зарраҳо ва пораҳо тағир меёбанд. Диаметри максималии зарраҳо ба зиёда аз 1500 мкм мерасад ва ҳадди ақали ковокӣ 0,13 аст. Илова бар ин, азбаски PG ҳарорати майдони ашёи хомро зиёд мекунад ва суперсатуратсияи газ хурд аст, ғафсии рекристаллизатсияи қисми болоии ашёи хоми сохтори 1 хурд аст, ки ин суръати истифодаи ашёи хомро беҳтар мекунад.
Расми 6 Тағйирот дар диаметри зарраҳо (чап) ва ковокӣ (рост) майдони ашёи хоми сохтори 0 ва сохтори 1 дар вақтҳои гуногун, воҳиди диаметри зарраҳо: мкм
Дар расми 7 нишон дода шудааст, ки сохтори 0 дар оғози афзоиш ғарқ мешавад, ки метавонад ба суръати аз ҳад зиёди ҷараёни мавод, ки дар натиҷаи графитизатсияи канори ашёи хом ба вуҷуд омадааст, алоқаманд бошад. Дараҷаи каҷшавӣ дар ҷараёни афзоиши минбаъда суст мешавад, ки ба тағирёбии суръати ҷараёни моддӣ дар пеши афзоиши кристаллии сохтори 0 дар расми 4 (г) мувофиқат мекунад. Дар сохтори 1, аз сабаби таъсири PG, интерфейси кристалл вайроншавиро нишон намедиҳад. Илова бар ин, PG инчунин суръати афзоиши сохтори 1-ро нисбат ба сохтори 0 хеле паст мекунад. Ғафсии марказии кристали сохтори 1 пас аз 100 соат танҳо 68% аз сохтори 0-ро ташкил медиҳад.
Расми 7 Тағйироти интерфейси сохтори 0 ва кристаллҳои сохтори 1 дар 30, 60 ва 100 соат
Афзоиши кристалл дар шароити раванди симулятсияи ададӣ сурат гирифт. Кристаллҳое, ки аз рӯи сохтори 0 ва сохтори 1 парвариш карда мешаванд, мутаносибан дар расми 8(а) ва расми 8(б) нишон дода шудаанд. Кристали сохтори 0 интерфейси конкавиро нишон медиҳад, ки дар минтақаи марказӣ мавҷҳо ва гузариши фаза дар канори он аст. Кафолати рӯизаминӣ дараҷаи муайяни якхеларо дар интиқоли маводи газфазавӣ ифода мекунад ва пайдоиши гузариши фаза ба таносуби пасти C/Si мувофиқ аст. Интерфейси кристалл, ки бо сохтори 1 парвариш карда шудааст, каме қафодор аст, гузариши фазавӣ пайдо намешавад ва ғафсӣ 65% кристалл бе PG аст. Умуман, натиҷаҳои афзоиши кристалл ба натиҷаҳои моделсозӣ мувофиқат мекунанд, бо фарқияти калонтари ҳарорати радиалӣ дар интерфейси булӯри сохтори 1, афзоиши босуръат дар канори он қатъ карда мешавад ва суръати умумии ҷараёни мавод сусттар аст. Тамоюли умумӣ бо натиҷаҳои моделсозии ададӣ мувофиқ аст.
Расми 8 Кристаллҳои SiC дар зери сохтори 0 ва сохтори 1 парвариш карда мешаванд
Хулоса
PG ба беҳтар шудани ҳарорати умумии майдони ашёи хом ва такмил додани якрангии ҳарорати меҳвар ва радиалӣ мусоидат мекунад, ба сублиматсия ва истифодаи пурраи ашёи хом мусоидат мекунад; фарқияти ҳарорати боло ва поён меафзояд ва градиенти радиалии сатҳи булӯрии тухмӣ меафзояд, ки барои нигоҳ доштани афзоиши интерфейси конвекс кӯмак мекунад. Дар робита ба интиқоли омма, ҷорӣ намудани PG суръати умумии интиқоли массаро коҳиш медиҳад, суръати ҷараёни мавод дар камераи афзоиши дорои PG бо мурури замон камтар тағир меёбад ва тамоми раванди афзоиш устувортар аст. Ҳамзамон, PG инчунин пайдоиши интиқоли аз ҳад зиёди массаи канориро ба таври муассир пешгирӣ мекунад. Илова бар ин, PG инчунин таносуби C / Si-и муҳити афзоишро афзоиш медиҳад, махсусан дар канори пеши интерфейси кристалии тухм, ки ба коҳиш додани пайдоиши тағирёбии фаза дар ҷараёни афзоиш мусоидат мекунад. Дар баробари ин, таъсири гармидихии ПГ пайдоиши дубора кристаллизатсияро дар кисми болоии ашёи хом то андозае кам мекунад. Барои афзоиши кристалл, PG суръати афзоиши кристаллро суст мекунад, аммо интерфейси афзоиш конвекстар аст. Аз ин рӯ, PG воситаи муассир барои беҳтар кардани муҳити афзоиши кристаллҳои SiC ва беҳтар кардани сифати кристалл мебошад.
Вақти фиристодан: июн-18-2024