Awọn ipilẹ ilana tiSiCidagbasoke gara ti pin si sublimation ati jijẹ ti awọn ohun elo aise ni iwọn otutu giga, gbigbe ti awọn nkan alakoso gaasi labẹ iṣe ti iwọn otutu, ati idagbasoke recrystallization ti awọn nkan alakoso gaasi ni gara irugbin. Da lori eyi, inu ilohunsoke ti crucible ti pin si awọn ẹya mẹta: agbegbe ohun elo aise, iyẹwu idagbasoke ati kristali irugbin. Awoṣe kikopa nọmba kan ti ya da lori atako gidiSiCohun elo idagbasoke gara kan (wo Figure 1). Ni iṣiro: isalẹ ticruciblejẹ 90 mm kuro ni isalẹ ti igbona ẹgbẹ, iwọn otutu oke ti crucible jẹ 2100 ℃, iwọn ila opin ohun elo aise jẹ 1000 μm, porosity jẹ 0.6, titẹ idagbasoke jẹ 300 Pa, ati akoko idagba jẹ 100 h. . Awọn sisanra PG jẹ 5 mm, iwọn ila opin jẹ dogba si iwọn ila opin inu ti crucible, ati pe o wa ni 30 mm loke ohun elo aise. Sublimation, carbonization, ati awọn ilana isọdọtun ti agbegbe ohun elo aise ni a gbero ninu iṣiro naa, ati pe iṣesi laarin PG ati awọn nkan ipele gaasi ko ni imọran. Awọn paramita ohun-ini ti ara ti o ni ibatan si iṣiro jẹ afihan ni Tabili 1.
olusin 1 Kikopa isiro awoṣe. (a) Awoṣe aaye igbona fun kikopa idagbasoke gara; (b) Pipin agbegbe inu ti crucible ati awọn iṣoro ti ara ti o jọmọ
Table 1 Diẹ ninu awọn ti ara sile lo ninu isiro
olusin 2 (a) fihan wipe awọn iwọn otutu ti awọn PG-ti o ni awọn be (ti a fihan bi be 1) jẹ ti o ga ju ti PG-free be (ti a fihan bi be 0) ni isalẹ PG, ati kekere ju ti be 0 loke PG. Iwọn iwọn otutu gbogbogbo n pọ si, ati PG n ṣiṣẹ bi oluranlowo idabobo ooru. Gẹgẹbi Awọn eeya 2 (b) ati 2 (c), axial ati radial otutu gradients ti be 1 ni agbegbe ohun elo aise jẹ kere, pinpin iwọn otutu jẹ aṣọ diẹ sii, ati sublimation ti ohun elo naa ti pari. Ko dabi agbegbe ohun elo aise, Nọmba 2 (c) fihan pe iwọn otutu radial ni iwọn kristali irugbin ti be 1 tobi, eyiti o le fa nipasẹ awọn ipin oriṣiriṣi ti awọn ipo gbigbe ooru, eyiti o ṣe iranlọwọ fun gara lati dagba pẹlu wiwo convex kan. . Ni olusin 2 (d), iwọn otutu ni awọn ipo oriṣiriṣi ni crucible fihan aṣa ti n pọ si bi idagba ti nlọsiwaju, ṣugbọn iyatọ iwọn otutu laarin igbekalẹ 0 ati igbekalẹ 1 dinku ni diėdiẹ ni agbegbe ohun elo aise ati ni diėdiė pọ si ni iyẹwu idagba.
Ṣe nọmba 2 Pinpin iwọn otutu ati awọn iyipada ninu crucible. (a) Pipin iwọn otutu inu crucible ti be 0 (osi) ati igbekalẹ 1 (ọtun) ni 0 h, kuro: ℃; (b) Pipin iwọn otutu lori laini aarin ti crucible ti eto 0 ati eto 1 lati isalẹ ti ohun elo aise si gara irugbin ni 0 h; (c) Pipin iwọn otutu lati aarin si eti crucible lori ilẹ kristali irugbin (A) ati dada ohun elo aise (B), arin (C) ati isalẹ (D) ni 0 h, ọna petele r ni radius kristali irugbin fun A, ati rediosi agbegbe ohun elo fun B ~ D; D
Nọmba 3 ṣe afihan gbigbe ohun elo ni awọn oriṣiriṣi awọn akoko ni crucible ti igbekalẹ 0 ati igbekalẹ 1. Oṣuwọn ṣiṣan ohun elo gaasi ni agbegbe ohun elo aise ati iyẹwu idagbasoke pọ si pẹlu ilosoke ti ipo, ati gbigbe ohun elo naa dinku bi idagba ti nlọsiwaju. . Nọmba 3 tun fihan pe labẹ awọn ipo kikopa, awọn ohun elo aise akọkọ graphitizes lori ogiri ẹgbẹ ti crucible ati lẹhinna ni isalẹ ti crucible. Ní àfikún sí i, àtúnkírísítálì wà lórí ilẹ̀ ohun èlò aise àti pé ó máa ń pọ̀ sí i bí ìdàgbàsókè bá ti ń lọ. Awọn nọmba 4 (a) ati 4 (b) fihan pe iwọn sisan ohun elo inu ohun elo aise dinku bi idagba ti nlọsiwaju, ati iwọn sisan ohun elo ni 100 h jẹ nipa 50% ti akoko ibẹrẹ; sibẹsibẹ, awọn sisan oṣuwọn jẹ jo mo tobi ni eti nitori awọn graphitization ti awọn aise ohun elo, ati awọn sisan oṣuwọn ni eti jẹ diẹ sii ju 10 igba ti awọn sisan oṣuwọn ni aarin ni 100 h; Ni afikun, ipa ti PG ni eto 1 jẹ ki oṣuwọn sisan ohun elo ni agbegbe ohun elo aise ti eto 1 kekere ju ti igbekalẹ 0. Ni Nọmba 4 (c), ṣiṣan ohun elo ni agbegbe ohun elo aise ati Iyẹwu idagbasoke ni irẹwẹsi diẹ sii bi idagba ti nlọsiwaju, ati ṣiṣan ohun elo ni agbegbe ohun elo aise tẹsiwaju lati dinku, eyiti o ṣẹlẹ nipasẹ ṣiṣi ti ikanni ṣiṣan ti afẹfẹ ni eti ti crucible ati idilọwọ ti recrystallization ni oke; ninu iyẹwu idagba, iwọn sisan ohun elo ti eto 0 dinku ni iyara ni ibẹrẹ 30 h si 16%, ati pe o dinku nikan nipasẹ 3% ni akoko atẹle, lakoko ti eto 1 wa ni iduroṣinṣin ni deede jakejado ilana idagbasoke. Nitorinaa, PG ṣe iranlọwọ lati ṣe iduroṣinṣin oṣuwọn sisan ohun elo ni iyẹwu idagba. Nọmba 4 (d) ṣe afiwe iwọn sisan ohun elo ni iwaju idagbasoke gara. Ni akoko ibẹrẹ ati awọn wakati 100, gbigbe ohun elo ni agbegbe idagbasoke ti eto 0 ni okun sii ju iyẹn lọ ni eto 1, ṣugbọn agbegbe oṣuwọn sisan giga nigbagbogbo wa ni eti eto 0, eyiti o yori si idagbasoke ti o pọju ni eti. . Iwaju PG ni eto 1 ni imunadoko iṣẹlẹ yii.
Aworan 3 Sisan ohun elo ni crucible. Awọn ọna ṣiṣan (osi) ati awọn ọna iyara (ọtun) ti gbigbe ohun elo gaasi ni awọn ẹya 0 ati 1 ni awọn akoko oriṣiriṣi, ẹyọ iyara iyara: m/s
Ṣe nọmba 4 Awọn iyipada ninu oṣuwọn sisan ohun elo. (a) Awọn iyipada ninu pinpin iwọn sisan ohun elo ni aarin ohun elo aise ti eto 0 ni 0, 30, 60, ati 100 h, r jẹ rediosi ti agbegbe ohun elo aise; (b) Awọn ayipada ninu awọn ohun elo sisan oṣuwọn pinpin ni arin ti awọn aise ohun elo ti be 1 ni 0, 30, 60, ati 100 h, r ni awọn rediosi ti awọn aise agbegbe; (c) Awọn iyipada ninu iwọn sisan ohun elo inu iyẹwu idagba (A, B) ati inu ohun elo aise (C, D) ti awọn ẹya 0 ati 1 ni akoko pupọ; D
C/Si ni ipa lori iduroṣinṣin kristali ati iwuwo abawọn ti idagbasoke SiC gara. Nọmba 5 (a) ṣe afiwe pinpin ipin ipin C / Si ti awọn ẹya meji ni akoko ibẹrẹ. Iwọn C/Si dinku diẹdiẹ lati isalẹ si oke ti crucible, ati ipin C/Si ti igbekalẹ 1 nigbagbogbo ga ju ti igbekalẹ 0 ni awọn ipo oriṣiriṣi. Awọn eeya 5 (b) ati 5 (c) fihan pe ipin C/Si maa n pọ si pẹlu idagba, eyiti o ni ibatan si ilosoke ninu iwọn otutu inu ni ipele nigbamii ti idagbasoke, imudara ti aworan ohun elo aise, ati iṣesi ti Si irinše ni gaasi alakoso pẹlu awọn lẹẹdi crucible. Ni olusin 5 (d), awọn ipin C / Si ti igbekalẹ 0 ati igbekalẹ 1 yatọ pupọ ni isalẹ PG (0, 25 mm), ṣugbọn iyatọ diẹ sii ju PG (50 mm) ati iyatọ naa pọ si ni ilọsiwaju bi o ti n sunmọ kirisita naa. . Ni gbogbogbo, ipin C/Si ti igbekalẹ 1 ga julọ, eyiti o ṣe iranlọwọ fun iduroṣinṣin fọọmu gara ati dinku iṣeeṣe ti iyipada alakoso.
Ṣe nọmba 5 Pipin ati awọn iyipada ti ipin C/Si. (a) Pipin ipin ipin C / Si ni awọn ibi-igi 0 (osi) ati igbekalẹ 1 (ọtun) ni 0 h; (b) Iwọn C / Si ni awọn aaye oriṣiriṣi lati laini aarin ti crucible ti eto 0 ni awọn akoko oriṣiriṣi (0, 30, 60, 100 h); (c) Iwọn C / Si ni awọn aaye oriṣiriṣi lati laini aarin ti crucible ti eto 1 ni awọn akoko oriṣiriṣi (0, 30, 60, 100 h); (d) Ifiwera ti ipin C/Si ni awọn ijinna oriṣiriṣi (0, 25, 50, 75, 100 mm) lati laini aarin ti crucible ti igbekalẹ 0 (ila ti o lagbara) ati igbekalẹ 1 (laini ti o ya) ni awọn akoko oriṣiriṣi (0, 30, 60, 100 wakati).
Nọmba 6 fihan awọn ayipada ninu iwọn ila opin patiku ati porosity ti awọn agbegbe ohun elo aise ti awọn ẹya meji. Nọmba naa fihan pe iwọn ila opin ohun elo aise dinku ati porosity n pọ si nitosi ogiri crucible, ati porosity eti n tẹsiwaju lati pọ si ati iwọn ila opin patiku n tẹsiwaju lati dinku bi idagba ti nlọsiwaju. O pọju eti porosity jẹ nipa 0.99 ni 100 h, ati awọn kere patiku opin jẹ nipa 300 μm. Awọn patiku opin posi ati awọn porosity dinku lori oke dada ti awọn aise ohun elo, bamu si recrystalization. Awọn sisanra ti awọn recrystallization agbegbe posi bi awọn idagbasoke progresses, ati awọn patiku iwọn ati ki o porosity tesiwaju lati yi. Iwọn patiku ti o pọ julọ de diẹ sii ju 1500 μm, ati porosity to kere julọ jẹ 0.13. Ni afikun, niwọn bi PG ṣe pọ si iwọn otutu ti agbegbe ohun elo aise ati gaasi supersaturation jẹ kekere, sisanra recrystallization ti apa oke ti ohun elo aise ti eto 1 jẹ kekere, eyiti o ṣe ilọsiwaju oṣuwọn lilo ohun elo aise.
Nọmba 6 Awọn iyipada ni iwọn ila opin patiku (osi) ati porosity (ọtun) ti agbegbe ohun elo aise ti 0 ati igbekalẹ 1 ni awọn akoko oriṣiriṣi, apakan iwọn ila opin patiku: μm
Nọmba 7 fihan pe eto 0 warps ni ibẹrẹ idagbasoke, eyiti o le ni ibatan si iwọn sisan ohun elo ti o pọ ju ti o ṣẹlẹ nipasẹ graphitization ti eti ohun elo aise. Iwọn ti warping jẹ irẹwẹsi lakoko ilana idagbasoke ti o tẹle, eyiti o ni ibamu si iyipada ninu oṣuwọn sisan ohun elo ni iwaju idagbasoke gara ti igbekalẹ 0 ni Nọmba 4 (d). Ninu eto 1, nitori ipa ti PG, wiwo kirisita ko ṣe afihan warping. Ni afikun, PG tun jẹ ki oṣuwọn idagbasoke ti igbekalẹ 1 dinku ni pataki ju ti igbekalẹ 0. Sisanra aarin ti crystal ti be 1 lẹhin 100 h jẹ 68% nikan ti eto 0.
Ṣe nọmba 7 Awọn iyipada wiwo ti eto 0 ati igbekalẹ 1 awọn kirisita ni 30, 60, ati 100 h
Idagba Crystal ni a ṣe labẹ awọn ipo ilana ti kikopa nọmba. Awọn kirisita ti o dagba nipasẹ ọna 0 ati igbekalẹ 1 ni a fihan ni Nọmba 8 (a) ati Nọmba 8 (b), lẹsẹsẹ. Awọn gara ti be 0 fihan a concave ni wiwo, pẹlu undulations ni aringbungbun agbegbe ati ki o kan alakoso orilede ni eti. Irọrun dada duro fun iwọn kan ti inhomogeneity ninu gbigbe awọn ohun elo gaasi-ipele, ati iṣẹlẹ ti iyipada alakoso ni ibamu si ipin C/Si kekere. Ni wiwo ti awọn gara po nipa be 1 ni die-die rubutu ti, ko si alakoso orilede ti wa ni ri, ati awọn sisanra ti wa ni 65% ti gara lai PG. Ni gbogbogbo, awọn abajade idagbasoke kristali ni ibamu si awọn abajade kikopa, pẹlu iyatọ iwọn otutu radial ti o tobi julọ ni wiwo gara ti be 1, idagbasoke iyara ni eti ti tẹmọlẹ, ati iwọn sisan ohun elo gbogbogbo jẹ losokepupo. Aṣa gbogbogbo wa ni ibamu pẹlu awọn abajade kikopa nọmba.
Nọmba 8 Awọn kirisita SiC ti o dagba labẹ eto 0 ati igbekalẹ 1
Ipari
PG jẹ iwunilori si ilọsiwaju ti iwọn otutu gbogbogbo ti agbegbe ohun elo aise ati ilọsiwaju ti axial ati isomọ iwọn otutu radial, igbega ni kikun sublimation ati iṣamulo ti ohun elo aise; Iyatọ iwọn otutu ti oke ati isalẹ pọ si, ati itusilẹ radial ti dada irugbin gara pọ si, eyiti o ṣe iranlọwọ lati ṣetọju idagbasoke ni wiwo rubutu ti. Ni awọn ofin ti gbigbe ibi-gbigbe, iṣafihan PG dinku iye gbigbe gbigbe gbogbogbo, iwọn sisan ohun elo ninu iyẹwu idagba ti o ni PG yipada kere si pẹlu akoko, ati gbogbo ilana idagbasoke jẹ iduroṣinṣin diẹ sii. Ni akoko kan naa, PG tun fe ni idilọwọ awọn iṣẹlẹ ti nmu ibi-gbigbe ibi-eti. Ni afikun, PG tun ṣe alekun ipin C / Si ti agbegbe idagbasoke, paapaa ni eti iwaju ti wiwo gara irugbin, eyiti o ṣe iranlọwọ lati dinku iṣẹlẹ ti iyipada alakoso lakoko ilana idagbasoke. Ni akoko kanna, ipa idabobo igbona ti PG dinku iṣẹlẹ ti recrystallization ni apa oke ti ohun elo aise si iye kan. Fun idagbasoke gara, PG fa fifalẹ oṣuwọn idagbasoke gara, ṣugbọn wiwo idagbasoke jẹ alarọrun diẹ sii. Nitorinaa, PG jẹ ọna ti o munadoko lati ṣe ilọsiwaju agbegbe idagbasoke ti awọn kirisita SiC ati mu didara gara.
Akoko ifiweranṣẹ: Jun-18-2024