Esasy prosesSiCKristalyň ösüşi ýokary temperaturada çig malyň sublimasiýa we dargamagyna, gaz fazaly maddalaryň temperatura gradiýentiniň täsiri astynda daşalmagyna we tohum kristalynda gaz fazaly maddalaryň gaýtadan dikeldilmegine bölünýär. Şundan ugur alyp, çüýrän içki bölegi üç bölege bölünýär: çig mal meýdany, ösüş kamerasy we tohum kristaly. Hakyky garşylyk esasynda san simulýasiýa modeli çyzyldySiCýekeje kristal ösüş enjamlary (1-nji surata serediň). Hasaplamada: aşagywajypgapdal gyzdyryjynyň düýbünden 90 mm uzaklykda, iň ýokary temperatura 2100 ℃, çig malyň bölejiginiň diametri 1000 μm, gözenek 0,6, ösüş basyşy 300 Pa, ösüş wagty 100 sag . PG galyňlygy 5 mm, diametri çüýlenýän içki diametre deňdir we çig maldan 30 mm ýokarda ýerleşýär. Hasaplamada çig mal zonasynyň sublimasiýa, karbonizasiýa we gaýtadan gurmak prosesi göz öňünde tutulýar we PG we gaz fazaly maddalaryň arasyndaky reaksiýa göz öňünde tutulmaýar. Hasaplama bilen baglanyşykly fiziki eýeçiligiň parametrleri 1-nji tablisada görkezilýär.
Surat 1 Simulýasiýa hasaplamagyň modeli. (a) Kristal ösüş simulýasiýasy üçin termiki meýdan modeli; (b) Aýgytly we baglanyşykly fiziki meseleleriň içki meýdanynyň bölünişi
1-nji tablisa Hasaplamada ulanylýan käbir fiziki parametrler
2-nji (a) suratda PG-ni öz içine alýan gurluşyň (1-nji gurluş hökmünde görkezilýär) PG-den pes gurluşyň (0-njy gurluş hökmünde görkezilýär) PG-den aşakda we PG-den 0-dan pesdigini görkezýär. Umumy temperatura gradienti ýokarlanýar we PG ýylylyk izolýasiýa serişdesi hökmünde çykyş edýär. 2 (b) we 2 (c) suratlara görä, çig mal zonasyndaky 1-nji gurluşyň eksenel we radial temperatura gradiýentleri has kiçi, temperaturanyň paýlanyşy birmeňzeş we materialyň sublimasiýasy has doly. Çig mal zonasyndan tapawutlylykda, 2-nji surat (c) 1-nji gurluşyň tohum kristalynda radial temperatura gradiýentiniň has uludygyny görkezýär, bu dürli ýylylyk geçiriş usullarynyň dürli nisbatlary sebäpli döräp biler, bu bolsa kristalyň konweks interfeýsi bilen ösmegine kömek edýär. . 2-nji (d) suratda, möhüm ýerdäki dürli pozisiýalarda temperatura ösüşiň ösmegi bilen ýokarlanýan tendensiýany görkezýär, ýöne 0-njy gurluş bilen 1-nji gurluşyň arasyndaky temperatura tapawudy çig mal zonasynda kem-kemden azalýar we ösüş kamerasynda kem-kemden ýokarlanýar.
Surat 2 Temperaturanyň paýlanyşy we wajyp üýtgemeler. (a) 0 (çepde) we 1 (sagda) gurluşyň iň möhüm böleginde temperaturanyň paýlanyşy, birlik: ℃; (b) 0-njy gurluşyň we 1-nji gurluşyň çig malyň düýbünden tohum kristalyna 0 sagatda merkezi çyzgyda temperaturanyň paýlanyşy; (c) Tohum kristalynyň üstünde (A) we çig malyň üstünde (B), orta (C) we aşakyda (D) 0 sagada merkezden gyrasyna çenli temperaturanyň paýlanyşy, keseligine ok r A üçin tohum kristal radiusy, B ~ D üçin çig mal meýdany radiusy; (d) 0-njy gurluşyň ösüş kamerasynyň ýokarky böleginiň (A), çig malyň üstündäki (B) we orta (C) temperatura üýtgemegi, 0, 30, 60 we 100 sagatda 1-nji gurluş.
3-nji suratda 0 we gurluşyň iň möhümi bolan dürli döwürlerde maddy transport görkezilýär. Çig mal meýdanyndaky we ösüş kamerasyndaky gaz fazasynyň akymynyň tizligi ýagdaýyň ýokarlanmagy bilen ýokarlanýar we ösüşiň ösmegi bilen maddy transport gowşaýar. . 3-nji surat, şeýle hem, simulýasiýa şertlerinde çig malyň ilki haçyň gapdal diwaryna, soňra bolsa çüýşäniň düýbüne grafizasiýa edilýändigini görkezýär. Mundan başga-da, çig malyň üstünde gaýtadan gurnama bolýar we ösüşiň ösmegi bilen kem-kemden galyňlaşýar. 4 (a) we 4 (b) suratlar ösüşiň ösmegi bilen çig malyň içindäki material akymynyň peselýändigini we 100 sagatda material akymynyň başlangyç pursatyň takmynan 50% -ini görkezýär; şeýle-de bolsa, çig malyň grafitizasiýasy sebäpli gyrada akym tizligi birneme uludyr we gyradaky akym tizligi orta meýdanda 100 sagatda akym tizliginden 10 esse köpdür; Mundan başga-da, PG-iň 1-nji strukturadaky täsiri gurluşyň çig mal meýdanyndaky material akymynyň tizligini 0-dan pesdir. 4-nji suratda (ç) çig mal meýdanyndaky material akymy we ösüş kamerasy ösüşiň ösmegi bilen kem-kemden gowşaýar we çig mal meýdanyndaky maddy akym azalmagyny dowam etdirýär, bu çyzygyň gyrasynda howa akymynyň kanalynyň açylmagy we ýokarsynda gaýtadan gurulmagynyň päsgelçiligi sebäpli ýüze çykýar; ösüş kamerasynda 0 gurluşyň maddy akym tizligi başlangyç 30 sagatda 16% -den çalt azalýar we indiki döwürde diňe 3% azalýar, 1-nji gurluş bolsa ösüş prosesinde birneme durnukly bolýar. Şonuň üçin PG ösüş kamerasyndaky maddy akym tizligini durnuklaşdyrmaga kömek edýär. 4-nji surat (d) kristalyň ösüş öňündäki material akymynyň tizligini deňeşdirýär. Başlangyç pursatda we 100 sagatda, 0-njy gurluşyň ösüş zolagynda maddy transport 1-nji gurluşdan has güýçlidir, ýöne 0-njy gurluşyň gyrasynda hemişe ýokary akym tizligi bar, bu bolsa gyrada aşa ösmegine sebäp bolýar . 1-nji gurluşda PG-iň bolmagy bu hadysany netijeli basyp ýatyrýar.
3-nji surat. Dürli wagtda 0 we 1 gurluşlarda gaz material transportynyň akym ugurlary (çepde) we tizlik wektorlary (sagda), tizlik wektor birligi: m / s
4-nji surat Maddy akym tizliginiň üýtgemegi. (a) 0, 30, 60 we 100 sagatda 0 gurluşyň çig malynyň arasynda material akymynyň paýlanyşynyň üýtgemegi, çig mal meýdanynyň radiusy; (b) 1, 0, 30, 60 we 100 sagatda 1-nji gurluşyň çig malynyň ortasyndaky material akymynyň paýlanyşynyň üýtgemegi, çig mal meýdanynyň radiusy; c) ösüş kamerasynyň (A, B) içindäki we wagtyň geçmegi bilen 0 we 1 gurluşlaryň çig malynyň (C, D) içindäki maddy akym tizliginiň üýtgemegi; (d) 0 we 100 sagatda 0 we 1 gurluşlaryň tohum kristal ýüzüniň golaýynda material akymynyň paýlanyşy, r tohum kristalynyň radiusydyr
C / Si kristal durnuklylygyna we SiC kristal ösüşiniň kemçilik dykyzlygyna täsir edýär. 5-nji surat (a) başlangyç pursatda iki gurluşyň C / Si gatnaşygy paýlanyşyny deňeşdirýär. C / Si gatnaşygy kem-kemden aşakydan ýokarsyna kem-kemden azalýar we 1-nji gurluşyň C / Si gatnaşygy hemişe dürli pozisiýadaky 0 gurluşyndan ýokarydyr. 5 (b) we 5 (c) suratlar, ösüşiň soňky döwründe içerki temperaturanyň ýokarlanmagy, çig mal grafitizasiýasynyň güýçlendirilmegi we Si reaksiýasy bilen baglanyşykly C / Si gatnaşygy ösüş bilen kem-kemden ýokarlanýandygyny görkezýär. grafit bilen gaz fazasyndaky komponentler. 5-nji (d) suratda 0 we 1-nji gurluşyň C / Si gatnaşygy PG-den (0, 25 mm) düýpgöter tapawutlanýar, ýöne PG-den (50 mm) birneme tapawutlanýar we kristala ýakynlaşanda tapawut kem-kemden ýokarlanýar. . Umuman, 1-nji gurluşyň C / Si gatnaşygy has ýokary bolup, kristal görnüşini durnuklaşdyrmaga we fazanyň geçiş ähtimallygyny azaltmaga kömek edýär.
5-nji surat C / Si gatnaşygy paýlanyşy we üýtgemegi. (a) 0 (çepde) we 1 (sagda) gurluşyň çyzgylarynda C / Si gatnaşygy paýlanyşy; (b) 0/30, 60, 100 sag) 0-nyň gurluşynyň merkezi çyzygyndan dürli aralyklarda C / Si gatnaşygy; (c) Dürli wagtda 1-nji gurluşyň merkezi çyzygynyň merkezi çyzygyndan dürli aralyklarda C / Si gatnaşygy (0, 30, 60, 100 sag); (d) Dürli döwürde (0, 25, 50, 75, 100 mm) dürli aralyklarda (0, 25, 50, 75, 100 mm) deňeşdirme 0 (gaty çyzyk) we 1-nji gurluş (çyzykly çyzyk) dürli döwürlerde (0, 30, 60, 100 sag).
6-njy suratda bölejikleriň diametriniň üýtgemegi we iki gurluşyň çig mal sebitleriniň gözenekliligi görkezilýär. Surat, çig malyň diametriniň azalýandygyny we çyzylan diwaryň golaýynda gözenekliligiň ýokarlanýandygyny, gyrasy gözenekliliginiň artmagyny we ösüşiň ösmegi bilen bölejikleriň diametriniň peselmegini dowam etdirýändigini görkezýär. Iň ýokary gyrasy gözenek 100 sagatda 0.99, bölejikleriň iň pes diametri takmynan 300 μm. Bölejikleriň diametri ýokarlanýar we gaýtadan gurulmagyna laýyk gelýän çig malyň ýokarky ýüzünde gözenek azalýar. Gaýtadan dikeldiş meýdanynyň galyňlygy ösüşiň ulalmagy bilen bölejikleriň ululygy we gözenekliligi üýtgemegini dowam etdirýär. Bölejikleriň iň ýokary diametri 1500 mk-dan gowrak, iň pes gözenek bolsa 0,13. Mundan başga-da, PG çig mal meýdanynyň temperaturasyny ýokarlandyrýandygy we gazyň supersaturasiýasy az bolany üçin, 1-nji gurluşyň çig malynyň ýokarky böleginiň gaýtadan dikeldiş galyňlygy az, bu çig malyň ulanylyş derejesini ýokarlandyrýar.
6-njy surat 0 dürli gurluşyň çig mal meýdanynyň bölejikleriniň diametriniň (çepde) we gözenegiň (sagda) üýtgemegi, bölejikleriň diametri birligi: μm
7-nji suratda ösüşiň başynda 0 strukturanyň çig malyň gyrasynyň grafitizasiýasy sebäpli dörän aşa köp akym tizligi bilen baglanyşykly bolup biljekdigi görkezilýär. 4-nji suratda (d) 0-njy gurluşyň kristal ösüşiniň öňündäki maddy akym tizliginiň üýtgemegine gabat gelýän indiki ösüş prosesinde peselme derejesi gowşaýar. 1-nji gurluşda, PG-iň täsiri sebäpli, kristal interfeýs çişmegi görkezmeýär. Mundan başga-da, PG 1-nji gurluşyň ösüş depginini 0-dan has pes edýär. 100-den soň 1-nji gurluşyň kristalynyň merkezi galyňlygy 0-njy gurluşyň 68% -ini düzýär.
7-nji surat 30, 60 we 100 sagatda 0 gurluşyň we gurluşyň 1 kristalynyň interfeýs üýtgemeleri
Kristal ösüş san simulýasiýasynyň amal şertlerinde amala aşyryldy. 0-njy gurluş we 1-nji gurluş bilen ösdürilip ýetişdirilen kristallar degişlilikde 8-nji (a) we 8-nji (b) suratlarda görkezilýär. 0-njy gurluşyň kristaly, merkezi meýdanda düzgünler we gyrada faza geçişi bilen konkaw interfeýsi görkezýär. Surfaceerüsti konweksiýa, gaz fazaly materiallary daşamakda belli bir derejede birmeňzeşligi aňladýar we fazanyň geçişiniň ýüze çykmagy pes C / Si gatnaşygy bilen gabat gelýär. 1-nji gurluş bilen ösdürilip ýetişdirilen kristalyň interfeýsi birneme konweksdir, fazanyň geçişi tapylmaýar we galyňlygy PG bolmasa kristalyň 65% -idir. Umuman aýdanyňda, kristalyň ösüş netijeleri simulýasiýa netijelerine laýyk gelýär, 1-nji gurluşyň kristal interfeýsinde has uly radial temperatura tapawudy, gyradaky çalt ösüş basylýar we umumy material akymynyň tizligi haýal bolýar. Umumy tendensiýa san simulýasiýa netijelerine laýyk gelýär.
8-nji surat 0-njy gurluş we 1-nji gurluş boýunça ösen SiC kristallary
Netije
PG çig mal meýdanynyň umumy temperaturasynyň gowulaşmagyna we eksenel we radial temperaturanyň birmeňzeşligini ýokarlandyrmaga, çig malyň doly sublimasiýasyna we ulanylmagyna kömek edýär; ýokarky we aşaky temperatura tapawudy ýokarlanýar we tohum kristal ýüzüniň radial gradienti ýokarlanýar, bu bolsa konweks interfeýsiniň ösmegine kömek edýär. Köpçülikleýin geçiriş nukdaýnazaryndan PG-iň girizilmegi umumy köpçülikleýin geçiriş tizligini peseldýär, PG-ni öz içine alýan ösüş kamerasyndaky maddy akym tizligi wagtyň geçmegi bilen az üýtgeýär we tutuş ösüş prosesi has durnukly bolýar. Şol bir wagtyň özünde, PG aşa köp gyrada köpçülikleýin geçmegiň ýüze çykmagyny hem netijeli saklaýar. Mundan başga-da, PG ösüş gurşawynyň C / Si gatnaşygyny ýokarlandyrýar, esasanam tohum kristal interfeýsiniň öň tarapynda, bu ösüş döwründe faza üýtgemeleriniň azalmagyna kömek edýär. Şol bir wagtyň özünde, PG-iň ýylylyk izolýasiýa täsiri çig malyň ýokarky böleginde gaýtadan gurulmagy ýüze çykarýar. Kristal ösüş üçin PG kristalyň ösüş depginini haýalladýar, ýöne ösüş interfeýsi has konweksdir. Şol sebäpli, PG SiC kristallarynyň ösüş gurşawyny gowulandyrmak we kristal hilini gowulandyrmak üçin täsirli serişdedir.
Iş wagty: Iýun-18-2024