Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
2. Необходимо свести к минимуму объем переохлажденного расплава близ фронта кристаллизации. Для этого в расплаве должен существовать резкий перепад температуры,
3. Скорость роста должна быть достаточно малой.
4. Создание заданной атмосферы (вакуум, восстановительная или инертная атмосфера, фторирующая атмосфера при выращивании кристаллов типа флюорита и т. д.).
5. Правильный выбор материала тигля, не разъедаемого и не смачиваемого расплавом. Попадание посторонних частиц (окислов, кусочков огнеупорного тигля и пр.) и возникновение напряжений на поверхности раздела или вблизи нее ведет к возникновению зародышей и других дефектов.
6. Фронт кристаллизации должен быть плоским или слегка выпуклым.
3.4. Использование методов управления для выращивания кристаллов при методе Киропулоса
Основным недостатком метода Киропулоса является сложность управления процессом кристаллизации. Различными авторами предпринимались попытки решения этой задачи. В частности р работе М целью было определение распределения температуры на сапфир выращивания монокристаллов по методу Киропулоса за счет переноса тепла излучением и теплопроводностью. В ходе исследования тепловых потоков в кристалле и численных расчетов было показано, что температурный градиент в верхней части кристалла по методу Киропулоса значительно меньше, чем в верхней части кристалла методом Чохральского.
Для получения лучших тепловых характеристик монокристалла методом Киропулоса используется программный продукт численного моделирования выращивания лейкосапфира CGSim. Численная модель позволяет проводить расчеты как глобального теплообмена во всей ростовой установке, так и, более детально, теплоперенос в зоне кристаллизации с учетом ламинарного течения газа, конвекции в жидкой фазе и радиационного переноса за счет полупрозрачности сапфира.
Численное моделирование с минимальным набором упрощений позволяет оценить температуру и другие параметры в любой точке установки, что трудноосуществимо путем экспериментальных исследований.
Попытка применения упрощенной модели, игнорирующей полупрозрачность кристалла, дает физически нереалистичные результаты формы фронта кристаллизации и температурного градиента на границе расплав/кристалл. Для учета полупрозрачности сапфира использовался подход, представленный в работе на основе “Discretetransfer method” применительно к решению задач переноса излучения в осесимметричных областях сложной формы с зеркальными френелевскими границами.
С помощью программного пакета CGSim были рассмотрены несколько модификаций индустриальной установки. На рисунке 3.11. представлено распределение температуры, градиента в кристалле и картина течения в расплаве для промежуточной стадии роста кристалла сапфира для двух модификаций: “Модификация 1” и “Модификация 2”. Для “Модификации 1” на начальных стадиях течение расплава имеет двух-вихревую структуру с крупным вихрем, занимающим практически все ядро расплава, и вихрем меньшей интенсивности, формирующимся вблизи свободной поверхности расплава на этапе разращивания конической части кристалла, и исчезающим при переходе к цилиндрическому росту.
Рисунок 3.11. Распределение температурного градиента в кристалле, температура в расплаве и тигле, картина течения для “Модификации 1” (a) и “Модификации 2” (b)
Для Модификации 2 удалось получить более однородное течение расплава где вторичный вихрь практически не наблюдается. При этом снижается градиент температуры как в расплаве так и в кристалле, и течение становится менее интенсивным. Расчеты показывают, что для второй модификации фронт кристаллизации движется с большей скоростью, и кристалл раньше выходит на цилиндрический рост. В первом случае, в верхней части кристалла наблюдается область с меньшим диаметром кристалла, что может быть связано с “подплавлением” или меньшей скоростью кристаллизации. Во втором случае, наблюдается существенное уменьшение этой области (рисунок 3.12).
Рисунок 3.12 Форма кристалла до и после модификации ростового процесса ( «Монокристалл»)
Улучшение качества кристалла было подтверждено экспериментально. Например, морфологические и оптические исследование подложек, полученных около зоны “подплавления”, показали, что плотность дислокаций в R-плане снизилась 
см² до 
см² (рисунок 3.13- 3.14.) для модифицированного случая.
Рис. 3.13. Плотность дислокаций в R-плане до и после модификации
Рисунок 3.14. Оптическая неоднородность в поляризованном свете, план (001)
Для моделирования процесса кристаллизации монокристалла лейкосапфира можно предложить следующую упрощенную математическую модель.
Очевидно, что при стационарном режиме направленной кристаллизации фронт кристаллизации должен быть неподвижен относительно нагревателя, т. е. скорость продвижения фронта кристаллизации R должна быть равна по абсолютной величине скорости вытягивания W
W = R = dx/dt.
В этом случае на фронте кристаллизации должен соблюдаться тепловой баланс подводимой и отводимой теплоты
Qотв = QL + Qподв ,
где Qотв - количество теплоты, отводимой в единицу времени от фронта кристаллизации в твердую фазу; QL - скрытая теплота кристаллизации; Qподв - количество теплоты, отводимой в единицу времени к фронту кристаллизации из расплава.
Очевидно, что
Qотв = S lт (dt / dx)s,
QL = S rт L(dx / dt),
Qподв = S lж (dt / dx)L,
где S - площадь сечения получаемой заготовки; lт и lж - теплопроводность оксида в твердом и жидком состояниях; rт - плотность оксида в твердом состянии; L - теплота кристаллизации; (dt / dx)s и (dt / dx)L - температурные градиенты в твердой и жидкой фазах перед фронтом кристаллизации; (dx / dt) - скорость продвижения фронта кристаллизации. Подставим полученные значения тепловых потоков в уравнение теплового баланса и, решив его относительно скорости кристаллизации, получим
R = (dx / dt) = 1/ rт [lт (dt / dx)s - lж (dt / dx)L].
Вопросы для контроля знаний
1. Влияние дефектов кристаллического строения на механические и оптические свойства монокристаллов.
2. Выращивание из расплава монокристаллов заданной ориентации, требующейся формы и заданного состава:
3. Обеспечение заданной ориентации, однородность ближнего порядка, однородность дальнего порядка;
4. Обеспечение заданного химического состава и чистоты (загрязнения, испарение;
5. Обеспечение заданной геометрической формы.
6. Методы выращивания монокристаллов. Метод Бриджмена;
7. Методы выращивания монокристаллов. Метод Чохральского;
8. Методы выращивания монокристаллов. Метод Киропулоса;
9 Методы выращивания монокристаллов. Метод Багдасарова
10 Математическая модель процесса выращивания монокристаллов. Постановка задачи, 32. 11. Вывод математической модели, методы решения, трактовка получаемых результатов математического моделирования.
12. Использования методов математического моделирования для управления процессом выращивания монокристаллов тугоплавких соединений.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)