Төп процессSiCкристалл үсеше сублимациягә һәм чималның югары температурада таркалуына, газ фазасы матдәләрен температура градиенты тәэсирендә ташуга, орлык кристаллында газ фазасы матдәләренең рестрализация үсешенә бүленә. Шуңа нигезләнеп, критикның эчке өлеше өч өлешкә бүленә: чимал мәйданы, үсү камерасы һәм орлык кристалл. Санлы симуляция моделе реаль резистивка нигезләнеп ясалдыSiCбер кристалл үсеш җиһазлары (карагыз рәсем 1). Хисаплауда: аскыхачян җылыткыч төбеннән 90 мм ераклыкта, иң югары температура 2100 ℃, чимал кисәкчәләренең диаметры 1000 мм, күзәнәк 0,6, үсеш басымы 300 Па, үсеш вакыты 100 с. . ПГ калынлыгы 5 мм, диаметры крестьянның эчке диаметрына тигез, һәм ул чималдан 30 мм өстендә урнашкан. Хисаплауда чимал зонасының сублимациясе, карбонизациясе һәм рестрализация процессы карала, һәм ПГ һәм газ фазасы матдәләре арасындагы реакция каралмый. Хисаплау белән бәйле физик милек параметрлары 1 таблицада күрсәтелгән.
Рәсем 1 Симуляция исәпләү моделе. а) кристалл үсеш симуляциясе өчен җылылык кыры моделе; б) мөһим һәм физик проблемаларның эчке өлкәсен бүлү
Таблица 1 Хисаплауда кулланылган кайбер физик параметрлар
Рәсем 2 (а) күрсәткәнчә, ПГ булган структураның температурасы (1 структурасы белән күрсәтелә), ПГдан түбән структура (0 структурасы белән күрсәтелә) ПГ астыннан, һәм ПГ өстендә 0 структурасыннан түбәнрәк. Гомуми температура градиенты арта, һәм PG җылылык изоляциясе булып эшли. 2 (б) һәм 2 (в) рәсемнәр буенча, чимал зонасында 1 структураның охаль һәм радиаль температурасы градиентлары кечерәк, температура бүленеше бертөрле, һәм материалның сублимациясе тулырак. Чимал зонасыннан аермалы буларак, рәсем 2 (в) күрсәтә, 1 структурасы орлык кристаллындагы радиаль температура градиенты зуррак, бу төрле җылылык үткәрү режимының төрле пропорцияләре аркасында булырга мөмкин, бу кристаллның конвекс интерфейсы белән үсүенә ярдәм итә. . 2 нче рәсемдә (г), критиктагы төрле позицияләрдәге температура үсешнең үсүен күрсәтә, ләкин 0 структурасы белән 1 структурасы арасындагы температура аермасы чимал зонасында әкренләп кими һәм үсеш палатасында әкренләп арта.
Рәсем 2 Температураның бүленеше һәм критиканың үзгәрүе. а) 0 (сулда) һәм структура 1 (уңда) 0 сәгать эчендә температура бүленеше, берәмлек: ℃; б) 0 структурасының төп сызыгында һәм 1 структурасы чимал төбеннән орлык кристаллына 0 сәг. в) Орлык кристалл өслегендә (А) һәм чимал өслегендә (В), урта (С) һәм аста (D) температура үзәктән кристалл читенә кадәр таралу, горизонталь күчәр r орлык кристалл радиусы A, һәм B ~ D өчен чимал өлкәсе радиусы; г) өске өлешнең (А), чимал өслегенең (В) һәм урта (С) структурасының үсеш палатасының 0 һәм 30, 60, һәм 100 сәг.
3 нче рәсемдә төрле вакытта 0 структурасы һәм структурасы мөһим булган матди транспорт күрсәтелә. Чимал өлкәсендә һәм үсеш палатасында газ фазасы материалы агымы тизлеге арту белән арта, һәм үсеш барган саен материаль транспорт зәгыйфьләнә. . 3 нче рәсем шулай ук күрсәтә: симуляция шартларында чимал башта крестьянның ян стенасына, аннары кристалл төбенә графиклаштырыла. Моннан тыш, чимал өслегендә рестрализация бар һәм үсеш барган саен акрынлап калынлаша. 4 (а) һәм 4 (б) рәсемнәр шуны күрсәтә: чимал эчендәге материаль агым темплары үсеш барган саен кими, һәм 100 сәг. шулай да, чимал графитизациясе аркасында кырда агым темплары чагыштырмача зур, һәм читтәге агым тизлеге урта мәйдандагы агым тизлегеннән 100 сәг. өстәвенә, 1-нче структурада ПГ-ның эффекты структураның чимал өлкәсендә материаль агым темпын 0 структурасына караганда 1 түбәнрәк итә. 4-нче рәсемдә (в) чимал өлкәсендә дә, агым да. үсеш палатасы әкренләп зәгыйфьләнә, һәм чимал өлкәсендә матди агым кимүен дәвам итә, бу кристалл читендәге һава агымы каналының ачылуы һәм өстендә рестрализациянең комачаулавы аркасында килеп чыга; үсеш палатасында 0 структураның материаль агым тизлеге 30 сәгатьтән 16% ка кадәр тиз кими, һәм соңгы вакытта 3% ка кими, ә 1 структурасы үсеш процессында чагыштырмача тотрыклы булып кала. Шуңа күрә, ПГ үсеш палатасында материаль агым тизлеген тотрыклыландырырга булыша. Рәсем 4 (г) кристалл үсеш фронтындагы материаль агым тизлеген чагыштыра. Беренче мизгелдә һәм 100 с, 0 структурасының үсеш зонасында матди транспорт 1 структурага караганда көчлерәк, ләкин 0 структурасы читендә һәрвакыт югары агым темплары бар, бу читтә артык үсүгә китерә. . 1-нче структурада ПГ булуы бу күренешне эффектив рәвештә бастыра.
3 нче рәсем. Төрле вакытта 0 һәм 1 структураларында газ материалы транспортының агым сызыклары (сулда) һәм тизлек векторлары (уңда), тизлек векторы берәмлеге: м / с
Рәсем 4 Материаль агым тизлегенең үзгәрүе. а) 0, 30, 60, һәм 100 сәгатьтә структураның чимал уртасында материаль агым тизлеген бүлүдәге үзгәрешләр, чимал өлкәсе радиусы; б) 0, 30, 60, һәм 100 сәгатьтә структураның чималы уртасында материаль агым тизлеген бүлүдәге үзгәрешләр, чимал өлкәсе радиусы; в) үсеш палатасы (А, В) эчендә һәм 0 һәм 1 структураларының чимал эчендә (C, D) материаль агым тизлегенең үзгәрүе; г) 0 һәм 100 корылмаларның орлык кристалл өслеге янында материаль агым тизлеге тарату, орлык кристаллының радиусы.
C / Si кристалл тотрыклылыгына һәм SiC кристалл үсешенең җитешсезлек тыгызлыгына тәэсир итә. Рәсем 5 (а) башлангыч моментта ике структураның C / Si нисбәтен бүлүне чагыштыра. C / Si нисбәте акрынлап түбәннән өскә кадәр кими, һәм 1 / структураның C / Si нисбәте һәрвакыт төрле позициядәге 0 структурасына караганда югарырак. Рәсемнәр 5 (б) һәм 5 (в) күрсәтәләр, C / Si нисбәте үсеш белән акрынлап арта, бу үсешнең соңгы этабында эчке температураның артуы, чимал графитизациясенең көчәюе һәм Si реакциясе белән бәйле. Газ фазасындагы компонентлар графит белән. 5 нче рәсемдә (г), C һәм Si структурасы 0 һәм 1 структурасы PG (0, 25 мм) астыннан бөтенләй аерылып торалар, ләкин PG (50 мм) өстендә бераз аерылып торалар, һәм кристаллга якынлашканда аерма әкренләп арта. . Гомумән алганда, структураның C / Si нисбәте югарырак, бу кристалл формасын тотрыклыландырырга һәм фазага күчү мөмкинлеген киметергә ярдәм итә.
Рәсем 5 C / Si нисбәтенең бүленеше һәм үзгәреше. а) 0 (сулда) һәм структура 1 (уңда) 0 сәг. б) C / Si нисбәте 0 төрле структураның үзәк сызыгыннан үзәк дистанциядә (0, 30, 60, 100 с); в) C / Si нисбәте төрле вакытта 1 структураның үзәк сызыгыннан (0, 30, 60, 100 с); г) C / Si нисбәтен төрле дистанцияләрдә чагыштыру (0, 25, 50, 75, 100 мм) 0 (каты сызык) һәм структура 1 (сызылган сызык) үзәк сызыктан төрле вакытта (0, 30, 60, 100 с).
6-нчы рәсемдә ике структураның чимал өлкәләренең кисәкчәләр диаметры һәм порошитлыгы үзгәрүе күрсәтелгән. Рәсем шуны күрсәтә: чимал диаметры кими һәм критик дивар янында порошитлык арта, һәм кыр порошитлыгы арта бара һәм үсү барган саен кисәкчәләр диаметры кими бара. Максималь кыр чокыры 100 сәгатьтә якынча 0,99, кисәкчәләрнең минималь диаметры якынча 300 мм. Кисәкчәләрнең диаметры арта һәм чималның өске өлешендә күзәнәкләр кими, рестрализациягә туры килә. Рекристализация өлкәсенең калынлыгы үсә барган саен арта, һәм кисәкчәләрнең зурлыгы һәм күзәнәклеге үзгәрүен дәвам итә. Кисәкчәләрнең максималь диаметры 1500 ммнан артып китә, минималь күзәнәк - 0,13. Моннан тыш, ПГ чимал өлкәсенең температурасын күтәрә һәм газ суперсатурациясе кечкенә булганлыктан, 1 структураның чималының өске өлешенең рестрализация калынлыгы кечкенә, бу чималны куллану темпын яхшырта.
Рәсем 6 Кисәкчәләр диаметрының (сулда) һәм порозитикның (уңда) 0 структурасының чимал мәйданының үзгәрүе һәм төрле вакытта 1 структурасы, кисәкчәләр диаметры берәмлеге: μm
7 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, структура үсеш башында 0 чуар, бу чимал читенең графитизациясе аркасында килеп чыккан артык материаль агым тизлеге белән бәйле булырга мөмкин. Киләсе үсеш процессында зәгыйфьләнү дәрәҗәсе зәгыйфьләнә, бу 4 нче рәсемдә (г) структураның кристалл үсеше алдындагы материаль агым тизлегенең үзгәрүенә туры килә. 1-нче структурада, ПГ эффекты аркасында, кристалл интерфейс селкенүне күрсәтми. Моннан тыш, ПГ шулай ук структураның үсеш темпын 0 структурасына караганда сизелерлек түбән итә. 100 сәгатьтән соң 1 структура кристаллының үзәк калынлыгы 0 структурасының 68% тәшкил итә.
Рәсем 7 Структураның интерфейс үзгәреше 30, 60, һәм 100 с
Бәллүр үсеш санлы симуляция процесс шартларында башкарылды. 0 структурасы һәм 1 структурасы белән үскән кристалллар тиешенчә 8 нче рәсемдә (а) һәм 8 нче рәсемдә (б) күрсәтелгән. 0 структурасы кристаллында конвейк интерфейс күрсәтелә, үзәк мәйданда чиксезлекләр һәм читтә фаза күчү. Surfaceир өслегенең конвекциясе газ-фазалы материаллар ташуда билгеле бер тигезсезлекне күрсәтә, һәм фаза күчү очраклары түбән C / Si нисбәтенә туры килә. 1 структурасы белән үскән кристаллның интерфейсы бераз конвекс, фазага күчү табылмый, калынлыгы кристаллның 65% тәшкил итә. Гомумән алганда, кристалл үсеш нәтиҗәләре симуляция нәтиҗәләренә туры килә, 1 структураның кристалл интерфейсында зуррак радиаль температура аермасы белән, кырның тиз үсүе кысыла, һәм гомуми материал агымы әкренрәк. Гомуми тенденция санлы симуляция нәтиҗәләренә туры килә.
Рәсем 8 һәм 1 структурасы астында үскән SiC кристаллары
Йомгаклау
ПГ чимал мәйданының гомуми температурасын яхшырту өчен, охаль һәм радиаль температураның бердәмлеген яхшырту өчен, чималның тулы сублимациясен һәм кулланылышына ярдәм итә; өске һәм аскы температура аермасы арта, һәм орлык кристалл өслегенең радиаль градиенты арта, бу конвекс интерфейс үсешен сакларга ярдәм итә. Масса-күләм күчерү ягыннан, ПГ кертү гомуми масса күчерү темпын киметә, үсеш палатасында матди агым тизлеге вакыт белән азрак үзгәрә, һәм бөтен үсеш процессы тотрыклырак. Шул ук вакытта, PG шулай ук чиктән тыш масса күчерүне эффектив рәвештә тыя. Моннан тыш, PG шулай ук үсеш мохитенең C / Si нисбәтен арттыра, аеруча орлык кристалл интерфейсының алгы читендә, бу үсеш процессында фаза үзгәрүен киметергә ярдәм итә. Шул ук вакытта, ПМның җылылык изоляциясе эффекты чималның өске өлешендә рестральләштерү очракларын билгеле бер дәрәҗәдә киметә. Кристалл үсеше өчен, PG кристаллның үсеш темпын акрынайта, ләкин үсеш интерфейсы күбрәк конвекс. Шуңа күрә, PG - SiC кристаллларының үсеш мохитен яхшырту һәм кристалл сыйфатын оптимальләштерү өчен эффектив чара.
Пост вакыты: 18-2024 июнь