נומעריקאַל סימיאַליישאַן לערנען אויף די ווירקונג פון פּאָרעז גראַפייט אויף סיליציום קאַרבידע קריסטאַל וווּקס

די גרונט פּראָצעס פוןSiCקריסטאַל וווּקס איז צעטיילט אין סובלימאַטיאָן און דיקאַמפּאָוזישאַן פון רוי מאַטעריאַלס אין הויך טעמפּעראַטור, טראַנספּערטיישאַן פון גאַז פאַסע סאַבסטאַנסיז אונטער דער קאַמף פון טעמפּעראַטור גראַדיענט, און רעקריסטאַלליזאַטיאָן גראָוט פון גאַז פאַסע סאַבסטאַנסיז אין די זוימען קריסטאַל. באַזירט אויף דעם, די ינלענדיש פון די קרוסיבלע איז צעטיילט אין דרייַ טיילן: רוי מאַטעריאַל געגנט, וווּקס קאַמער און זוימען קריסטאַל. א נומעריקאַל סימיאַליישאַן מאָדעל איז געווען ציען באזירט אויף די פאַקטיש רעסיסטיווSiCאיין קריסטאַל גראָוט ויסריכט (זען פיגורע 1). אין די חשבון: די דנאָ פון דיקרוכלעאיז 90 מם אַוועק פון די דנאָ פון די זייַט כיטער, די שפּיץ טעמפּעראַטור פון די קרוסיבלע איז 2100 ℃, די רוי מאַטעריאַל פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער איז 1000 μם, די פּאָראָסיטי איז 0.6, דער וווּקס דרוק איז 300 פּאַ, און די וווּקס צייט איז 100 שעה . די פּג גרעב איז 5 מם, דער דיאַמעטער איז גלייַך צו די ינער דיאַמעטער פון די קרוסיבלע, און עס איז ליגן 30 מם אויבן די רוי מאַטעריאַל. די סאַבלימאַטיאָן, קאַרבאָניזאַטיאָן און רעקריסטאַלליזאַטיאָן פּראַסעסאַז פון די רוי מאַטעריאַל זאָנע זענען באַטראַכט אין די כעזשבן, און דער אָפּרוף צווישן פּג און גאַז פאַסע סאַבסטאַנסיז איז נישט באַטראַכט. די כעזשבן-פֿאַרבונדענע גשמיות פאַרמאָג פּאַראַמעטערס זענען געוויזן אין טאַבלע 1.

פיגורע 1 סימיאַליישאַן כעזשבן מאָדעל. (אַ) טערמאַל פעלד מאָדעל פֿאַר קריסטאַל וווּקס סימיאַליישאַן; (ב) אָפּטייל פון די ינערלעך געגנט פון די קרוסיבלע און פֿאַרבונדענע גשמיות פּראָבלעמס

טיש 1 עטלעכע גשמיות פּאַראַמעטערס געניצט אין די כעזשבן

פיגורע 2(אַ) ווייזט אַז די טעמפּעראַטור פון די פּג-מיט סטרוקטור (דענאָטעד ווי סטרוקטור 1) איז העכער ווי אַז פון די פּג-פֿרייַ סטרוקטור (דענאָטעד ווי סטרוקטור 0) אונטער PG, און נידעריקער ווי אַז פון סטרוקטור 0 אויבן PG. די קוילעלדיק טעמפּעראַטור גראַדיענט ינקריסיז, און פּג אקטן ווי אַ היץ-ינסאַלייטינג אַגענט. לויט פיגיערז 2(ב) און 2(C), די אַקסיאַל און ריידיאַל טעמפּעראַטור גראַדיענץ פון סטרוקטור 1 אין די רוי מאַטעריאַל זאָנע זענען קלענערער, ​​די טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג איז מער מונדיר, און די סאַבלימאַטיאָן פון די מאַטעריאַל איז מער גאַנץ. ניט ענלעך די רוי מאַטעריאַל זאָנע, פיגורע 2(C) ווייזט אַז די ריידיאַל טעמפּעראַטור גראַדיענט ביי די זוימען קריסטאַל פון סטרוקטור 1 איז גרעסער, וואָס קען זיין געפֿירט דורך די פאַרשידענע פּראַפּאָרשאַנז פון פאַרשידענע היץ אַריבערפירן מאָדעס, וואָס העלפּס די קריסטאַל וואַקסן מיט אַ קאַנוועקס צובינד. . אין פיגורע 2 (ד), די טעמפּעראַטור אין פאַרשידענע שטעלעס אין די קרוסיבלע ווייזט אַ ינקריסינג גאַנג ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז, אָבער די טעמפּעראַטור חילוק צווישן סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 ביסלעכווייַז דיקריסאַז אין די רוי מאַטעריאַל זאָנע און ביסלעכווייַז ינקריסיז אין די וווּקס קאַמער.

פיגורע 2 טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג און ענדערונגען אין די קרוסיבלע. (אַ) טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג ין די קרוסיבלע פון ​​סטרוקטור 0 (לינקס) און סטרוקטור 1 (רעכט) בייַ 0 ה, אַפּאַראַט: ℃; (ב) טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג אויף די צענטער שורה פון די קרוסיבלע פון ​​סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 פון די דנאָ פון די רוי מאַטעריאַל צו די זוימען קריסטאַל אין 0 ה; (C) טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג פון דעם צענטער צו די ברעג פון די קרוסיבלע אויף די זוימען קריסטאַל ייבערפלאַך (א) און די רוי מאַטעריאַל ייבערפלאַך (ב), מיטן (C) און דנאָ (ד) ביי 0 ה, די האָריזאָנטאַל אַקס ר איז די זוימען קריסטאַל ראַדיוס פֿאַר א, און די ראַדיוס פון די רוי מאַטעריאַל געגנט פֿאַר ב ~ ד; (ד) טעמפּעראַטור ענדערונגען אין די צענטער פון דער אויבערשטער טייל (א), רוי מאַטעריאַל ייבערפלאַך (ב) און מיטן (C) פון די גראָוט קאַמער פון סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 בייַ 0, 30, 60, און 100 ה.

פיגור 3 ווייזט די מאַטעריאַל אַריבערפירן אין פאַרשידענע צייט אין די קרוסיבלע פון ​​סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1. די גאַז פאַסע מאַטעריאַל לויפן קורס אין די רוי מאַטעריאַל געגנט און די גראָוט קאַמער ינקריסיז מיט די פאַרגרעסערן פון שטעלע, און די מאַטעריאַל אַריבערפירן וויקאַנז ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז. . פיגור 3 אויך ווייזט אַז אונטער די סימיאַליישאַן טנאָים, די רוי מאַטעריאַל ערשטער גראַפיטיזאַז אויף די זייַט וואַנט פון די קרוסיבלע און דעמאָלט אויף די דנאָ פון די קרוסאַבאַל. אין דערצו, עס איז רעקריסטאַלליזאַטיאָן אויף די ייבערפלאַך פון די רוי מאַטעריאַל און עס ביסלעכווייַז טיקאַנז ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז. פיגיערז 4(אַ) און 4(ב) ווייַזן אַז די מאַטעריאַל לויפן קורס ין די רוי מאַטעריאַל דיקריסאַז ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז, און די מאַטעריאַל לויפן קורס אין 100 ה איז וועגן 50% פון די ערשט מאָמענט; אָבער, די לויפן קורס איז לעפיערעך גרויס בייַ די ברעג רעכט צו דער גראַפיטיזאַטיאָן פון די רוי מאַטעריאַל, און די לויפן קורס בייַ די ברעג איז מער ווי 10 מאל אַז פון די לויפן קורס אין די מיטל געגנט אין 100 ה; אין אַדישאַן, די ווירקונג פון פּג אין סטרוקטור 1 מאכט די מאַטעריאַל לויפן קורס אין די רוי מאַטעריאַל געגנט פון סטרוקטור 1 נידעריקער ווי אַז פון סטרוקטור 0. אין פיגורע 4 (C), די מאַטעריאַל לויפן אין ביידע די רוי מאַטעריאַל געגנט און די גראָוט קאַמער ביסלעכווייַז וויקאַנז ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז, און די מאַטעריאַל לויפן אין די רוי מאַטעריאַל געגנט האלט צו פאַרמינערן, וואָס איז געפֿירט דורך די עפן פון די לופט לויפן קאַנאַל בייַ די ברעג פון די קרוסיבלע און די פאַרשטעלונג פון רעקריסטאַלליזאַטיאָן אין די שפּיץ; אין די גראָוט קאַמער, די מאַטעריאַל לויפן קורס פון סטרוקטור 0 דיקריסאַז ראַפּאַדלי אין די ערשט 30 ה צו 16%, און בלויז דיקריסאַז מיט 3% אין די סאַבסאַקוואַנט צייט, בשעת סטרוקטור 1 בלייבט לעפיערעך סטאַביל איבער דעם וווּקס פּראָצעס. דעריבער, PG העלפּס צו סטייבאַלייז די מאַטעריאַל לויפן קורס אין די גראָוט קאַמער. פיגורע 4 (ד) קאַמפּערז די מאַטעריאַל לויפן קורס בייַ די קריסטאַל גראָוט פראָנט. אין דער ערשט מאָמענט און 100 ה, די מאַטעריאַל אַריבערפירן אין די גראָוט זאָנע פון ​​סטרוקטור 0 איז שטארקער ווי אין סטרוקטור 1, אָבער עס איז שטענדיק אַ הויך לויפן קורס געגנט אין די ברעג פון סטרוקטור 0, וואָס פירט צו יבעריק וווּקס אין די ברעג. . די בייַזייַן פון פּג אין סטרוקטור 1 סאַפּרעסיז דעם דערשיינונג יפעקטיוולי.

פיגורע 3 מאַטעריאַל לויפן אין די קרוסיבלע. סטרעאַמלינעס (לינקס) און גיכקייַט וועקטאָרס (רעכט) פון גאַז מאַטעריאַל אַריבערפירן אין סטראַקטשערז 0 און 1 אין פאַרשידענע צייט, גיכקייַט וועקטאָר אַפּאַראַט: m/s

פיגורע 4 ענדערונגען אין מאַטעריאַל לויפן קורס. (אַ) ענדערונגען אין די מאַטעריאַל לויפן קורס פאַרשפּרייטונג אין די מיטן פון די רוי מאַטעריאַל פון סטרוקטור 0 בייַ 0, 30, 60, און 100 ה, ר איז די ראַדיוס פון די רוי מאַטעריאַל געגנט; (ב) ענדערונגען אין די מאַטעריאַל לויפן קורס פאַרשפּרייטונג אין די מיטן פון די רוי מאַטעריאַל פון סטרוקטור 1 בייַ 0, 30, 60, און 100 ה, ר איז די ראַדיוס פון די רוי מאַטעריאַל געגנט; (C) ענדערונגען אין די מאַטעריאַל לויפן קורס ין די גראָוט קאַמער (א, ב) און ין די רוי מאַטעריאַל (C, ד) פון סטראַקטשערז 0 און 1 איבער צייַט; (ד) מאַטעריאַל לויפן קורס פאַרשפּרייטונג לעבן די זוימען קריסטאַל ייבערפלאַך פון סטראַקטשערז 0 און 1 ביי 0 און 100 ה, ר איז די ראַדיוס פון די זוימען קריסטאַל

C / Si אַפעקץ די קריסטאַליין פעסטקייַט און דעפעקט געדיכטקייַט פון SiC קריסטאַל וווּקס. פיגורע 5 (אַ) קאַמפּערז די C / Si פאַרהעלטעניש פאַרשפּרייטונג פון די צוויי סטראַקטשערז אין דער ערשט מאָמענט. די C / Si פאַרהעלטעניש ביסלעכווייַז דיקריסאַז פון די דנאָ צו די שפּיץ פון די קרוסיבלע, און די C / Si פאַרהעלטעניש פון סטרוקטור 1 איז שטענדיק העכער ווי די סטרוקטור 0 אין פאַרשידענע שטעלעס. פיגיערז 5 (ב) און 5 (C) ווייַזן אַז די C / Si פאַרהעלטעניש ביסלעכווייַז ינקריסיז מיט וווּקס, וואָס איז שייַכות צו די פאַרגרעסערן אין ינערלעך טעמפּעראַטור אין די שפּעטער בינע פון ​​וווּקס, די ענכאַנסמאַנט פון רוי מאַטעריאַל גראַפיטיזאַטיאָן און דער אָפּרוף פון סי. קאַמפּאָונאַנץ אין די גאַז פאַסע מיט די גראַפייט קרוסאַבאַל. אין פיגורע 5 (ד), די C / Si ריישיאָוז פון סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 זענען גאַנץ אַנדערש אונטער פּג (0, 25 מם), אָבער אַ ביסל אַנדערש אויבן פּג (50 מם), און די חילוק ביסלעכווייַז ינקריסיז ווען עס אַפּראָוטשיז די קריסטאַל. . אין אַלגעמיין, די C / Si פאַרהעלטעניש פון סטרוקטור 1 איז העכער, וואָס העלפּס סטייבאַלייז די קריסטאַל פאָרעם און רעדוצירן די מאַשמאָעס פון פאַסע יבערגאַנג.

פיגורע 5 פאַרשפּרייטונג און ענדערונגען פון C / סי פאַרהעלטעניש. (אַ) C / Si פאַרהעלטעניש פאַרשפּרייטונג אין קרוסיבלע פון ​​סטרוקטור 0 (לינקס) און סטרוקטור 1 (רעכט) אין 0 ה; (ב) C / סי פאַרהעלטעניש אין פאַרשידענע דיסטאַנסאַז פון די צענטער שורה פון קרוסאַבאַל סטרוקטור 0 אין פאַרשידענע צייט (0, 30, 60, 100 ה); (C) C / Si פאַרהעלטעניש אין פאַרשידענע דיסטאַנסאַז פון די צענטער שורה פון קרוסאַבאַל סטרוקטור 1 אין פאַרשידענע צייט (0, 30, 60, 100 ה); (ד) פאַרגלייַך פון C / סי פאַרהעלטעניש אין פאַרשידענע דיסטאַנסאַז (0, 25, 50, 75, 100 מם) פון די צענטער שורה פון קרוסאַבאַל סטרוקטור 0 (האַרט שורה) און סטרוקטור 1 (דאַשט שורה) אין פאַרשידענע צייט (0, 30, 60, 100 ה).

פיגורע 6 ווייזט די ענדערונגען אין פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער און פּאָראָסיטי פון רוי מאַטעריאַל מקומות פון די צוויי סטראַקטשערז. די פיגור ווייזט אַז די רוי מאַטעריאַל דיאַמעטער דיקריסאַז און די פּאָראָסיטי ינקריסיז לעבן די קרוסיבלע וואַנט, און די ברעג פּאָראָסיטי האלט צו פאַרגרעסערן און די פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער האלט צו פאַרמינערן ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז. די מאַקסימום ברעג פּאָראָסיטי איז וועגן 0.99 ביי 100 ה, און די מינימום פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער איז וועגן 300 μם. דער פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער ינקריסיז און די פּאָראָסיטי דיקריסאַז אויף דער אויבערשטער ייבערפלאַך פון די רוי מאַטעריאַל, קאָראַספּאַנדינג צו רעקריסטאַלליזאַטיאָן. די גרעב פון די רעקריסטאַלליזאַטיאָן געגנט ינקריסיז ווי דער וווּקס פּראָגרעסיז, און די פּאַרטאַקאַל גרייס און פּאָראָסיטי פאָרזעצן צו טוישן. די מאַקסימום פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער ריטשאַז מער ווי 1500 μם, און די מינימום פּאָראָסיטי איז 0.13. אין דערצו, זינט פּג ינקריסיז די טעמפּעראַטור פון די רוי מאַטעריאַל געגנט און די גאַז סופּערסאַטוראַטיאָן איז קליין, די רעקריסטאַלליזאַטיאָן גרעב פון דער אויבערשטער טייל פון די רוי מאַטעריאַל פון סטרוקטור 1 איז קליין, וואָס ימפּרוווז די רוי מאַטעריאַל יוטאַלאַזיישאַן קורס.

פיגור 6 ענדערונגען אין פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער (לינקס) און פּאָראָסיטי (רעכט) פון די רוי מאַטעריאַל געגנט פון סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 אין פאַרשידענע צייט, פּאַרטאַקאַל דיאַמעטער אַפּאַראַט: μm

פיגורע 7 ווייזט אַז סטרוקטור 0 וואָרפּס אין די אָנהייב פון וווּקס, וואָס קען זיין שייַכות צו די יבעריק מאַטעריאַל לויפן קורס געפֿירט דורך די גראַפיטיזאַטיאָן פון די רוי מאַטעריאַל ברעג. דער גראַד פון וואָרפּינג איז וויקאַנד בעשאַס די סאַבסאַקוואַנט וווּקס פּראָצעס, וואָס קאָראַספּאַנדז צו די ענדערונג אין מאַטעריאַל לויפן קורס אין די פראָנט פון די קריסטאַל וווּקס פון סטרוקטור 0 אין פיגורע 4 (ד). אין סטרוקטור 1, רעכט צו דער ווירקונג פון פּג, די קריסטאַל צובינד טוט נישט ווייַזן וואָרפּינג. אין דערצו, פּג אויך מאכט די וווּקס קורס פון סטרוקטור 1 באטייטיק נידעריקער ווי אַז פון סטרוקטור 0. די צענטער גרעב פון די קריסטאַל פון סטרוקטור 1 נאָך 100 ה איז בלויז 68% פון די סטרוקטור 0.

פיגורע 7 צובינד ענדערונגען פון סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 קריסטאַלז ביי 30, 60 און 100 שעה

קריסטאַל וווּקס איז געפירט אויס אונטער די פּראָצעס טנאָים פון נומעריקאַל סימיאַליישאַן. די קריסטאַלז דערוואַקסן דורך סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1 זענען געוויזן אין פיגורע 8 (א) און פיגורע 8 (ב), ריספּעקטיוולי. די קריסטאַל פון סטרוקטור 0 ווייזט אַ קאָנקאַווע צובינד, מיט אַנדולאַטיאָנס אין די הויפט געגנט און אַ פאַסע יבערגאַנג בייַ די ברעג. די ייבערפלאַך קאַנוועקסיטי רעפּראַזענץ אַ זיכער גראַד פון ינהאָמאָגענעיטי אין די אַריבערפירן פון גאַז-פאַסע מאַטעריאַלס, און די פּאַסירונג פון פאַסע יבערגאַנג קאָראַספּאַנדז צו די נידעריק C / סי פאַרהעלטעניש. די צובינד פון די קריסטאַל דערוואַקסן דורך סטרוקטור 1 איז אַ ביסל קאַנוועקס, קיין פאַסע יבערגאַנג איז געפֿונען, און די גרעב איז 65% פון די קריסטאַל אָן פּג. אין אַלגעמיין, די קריסטאַל וווּקס רעזולטאַטן שטימען צו די סימיאַליישאַן רעזולטאַטן, מיט אַ גרעסערע ריידיאַל טעמפּעראַטור חילוק אין די קריסטאַל צובינד פון סטרוקטור 1, דער גיך גראָוט בייַ די ברעג איז סאַפּרעסט און די קוילעלדיק מאַטעריאַל לויפן קורס איז סלאָוער. דער קוילעלדיק גאַנג איז קאָנסיסטענט מיט די נומעריקאַל סימיאַליישאַן רעזולטאַטן.

פיגורע 8 SiC קריסטאַלז דערוואַקסן אונטער סטרוקטור 0 און סטרוקטור 1

מסקנא

פּג איז קאַנדוסיוו צו דער פֿאַרבעסערונג פון די קוילעלדיק טעמפּעראַטור פון די רוי מאַטעריאַל געגנט און די פֿאַרבעסערונג פון אַקסיאַל און ריידיאַל טעמפּעראַטור יונאַפאָרמאַטי, פּראַמאָוטינג די פול סובלימאַטיאָן און יוטאַלאַזיישאַן פון די רוי מאַטעריאַל; דער שפּיץ און דנאָ טעמפּעראַטור חילוק ינקריסיז, און די ריידיאַל גראַדיענט פון די זוימען קריסטאַל ייבערפלאַך ינקריסיז, וואָס העלפּס צו טייַנען די קאַנוועקס צובינד וווּקס. אין טערמינען פון מאַסע אַריבערפירן, די הקדמה פון פּג ראַדוסאַז די קוילעלדיק מאַסע אַריבערפירן קורס, די מאַטעריאַל לויפן קורס אין די גראָוט קאַמער מיט פּג ענדערונגען ווייניקער מיט צייט, און די גאנצע וווּקס פּראָצעס איז מער סטאַביל. אין דער זעלביקער צייט, פּג אויך יפעקטיוולי ינכיבאַץ די פּאַסירונג פון יבעריק ברעג מאַסע אַריבערפירן. אין אַדישאַן, PG אויך ינקריסיז די C / Si פאַרהעלטעניש פון די וווּקס סוויווע, ספּעציעל אין די פראָנט ברעג פון די זוימען קריסטאַל צובינד, וואָס העלפּס צו רעדוצירן די פּאַסירונג פון פאַסע ענדערונג בעשאַס דעם וווּקס פּראָצעס. אין דער זעלביקער צייט, די טערמאַל ינסאַליישאַן ווירקונג פון פּג ראַדוסאַז די פּאַסירונג פון רעקריסטאַלליזאַטיאָן אין דער אויבערשטער טייל פון די רוי מאַטעריאַל צו אַ זיכער מאָס. פֿאַר קריסטאַל וווּקס, PG סלאָוז אַראָפּ די קריסטאַל וווּקס קורס, אָבער די גראָוט צובינד איז מער קאַנוועקס. דעריבער, PG איז אַ עפעקטיוו מיטל צו פֿאַרבעסערן די וווּקס סוויווע פון ​​​​סיק קריסטאַלז און אַפּטאַמייז קריסטאַל קוואַליטעט.