Ang batakang proseso saSiCAng pagtubo sa kristal gibahin sa sublimasyon ug pagkadunot sa hilaw nga materyales sa taas nga temperatura, transportasyon sa mga substansiya sa gas phase ubos sa aksyon sa gradient sa temperatura, ug pagtubo sa recrystallization sa mga substansiya sa gas phase sa kristal sa liso. Base niini, ang sulod sa crucible gibahin sa tulo ka bahin: lugar sa hilaw nga materyal, lawak sa pagtubo ug kristal sa liso. Usa ka numerical simulation model ang gihimo base sa aktuwal nga resistive.SiCkagamitan sa pagtubo sa usa ka kristal (tan-awa ang Hulagway 1). Sa kalkulasyon: ang ubos satunawan sa kalayokay 90 mm ang gilay-on gikan sa ilawom sa kilid nga pampainit, ang ibabaw nga temperatura sa tunawan kay 2100 ℃, ang diametro sa partikulo sa hilaw nga materyal kay 1000 μm, ang porosity kay 0.6, ang presyur sa pagtubo kay 300 Pa, ug ang oras sa pagtubo kay 100 ka oras. Ang gibag-on sa PG kay 5 mm, ang diametro katumbas sa sulod nga diametro sa tunawan, ug kini nahimutang 30 mm ibabaw sa hilaw nga materyal. Ang mga proseso sa sublimasyon, carbonization, ug recrystallization sa sona sa hilaw nga materyal gikonsiderar sa kalkulasyon, ug ang reaksyon tali sa PG ug mga substansiya sa gas phase wala gikonsiderar. Ang mga parameter sa pisikal nga kabtangan nga may kalabotan sa kalkulasyon gipakita sa Talaan 1.
Hulagway 1 Modelo sa kalkulasyon sa simulasyon. (a) Modelo sa thermal field para sa simulasyon sa pagtubo sa kristal; (b) Pagbahin sa internal nga lugar sa crucible ug mga may kalabutan nga problema sa pisikal
Talaan 1 Pipila ka pisikal nga mga parametro nga gigamit sa kalkulasyon
Ang Figure 2(a) nagpakita nga ang temperatura sa istruktura nga adunay PG (gitawag nga istruktura 1) mas taas kaysa sa istruktura nga walay PG (gitawag nga istruktura 0) ubos sa PG, ug mas ubos kaysa sa istruktura 0 nga labaw sa PG. Ang kinatibuk-ang gradient sa temperatura motaas, ug ang PG molihok isip ahente sa pag-insulate sa kainit. Sumala sa Figures 2(b) ug 2(c), ang axial ug radial temperature gradients sa istruktura 1 sa raw material zone mas gamay, ang distribusyon sa temperatura mas parehas, ug ang sublimation sa materyal mas kompleto. Dili sama sa raw material zone, ang Figure 2(c) nagpakita nga ang radial temperature gradient sa seed crystal sa istruktura 1 mas dako, nga mahimong tungod sa lain-laing proporsyon sa lain-laing mga heat transfer mode, nga makatabang sa kristal nga motubo nga adunay convex interface. Sa Figure 2(d), ang temperatura sa lain-laing mga posisyon sa crucible nagpakita sa nagkataas nga trend samtang nagpadayon ang pagtubo, apan ang kalainan sa temperatura tali sa istruktura 0 ug istruktura 1 anam-anam nga mikunhod sa raw material zone ug anam-anam nga misaka sa growth chamber.
Hulagway 2 Distribusyon sa temperatura ug mga pagbag-o sa crucible. (a) Distribusyon sa temperatura sulod sa crucible sa istruktura 0 (wala) ug istruktura 1 (tuo) sa 0 h, yunit: ℃; (b) Distribusyon sa temperatura sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 ug istruktura 1 gikan sa ilawom sa hilaw nga materyal ngadto sa kristal sa liso sa 0 h; (c) Distribusyon sa temperatura gikan sa sentro ngadto sa ngilit sa crucible sa ibabaw sa kristal sa liso (A) ug sa ibabaw sa hilaw nga materyal (B), tunga (C) ug ubos (D) sa 0 h, ang pinahigda nga axis r mao ang radius sa kristal sa liso para sa A, ug ang radius sa lugar sa hilaw nga materyal para sa B~D; (d) Mga pagbag-o sa temperatura sa sentro sa ibabaw nga bahin (A), ibabaw sa hilaw nga materyal (B) ug tunga (C) sa growth chamber sa istruktura 0 ug istruktura 1 sa 0, 30, 60, ug 100 h.
Ang Figure 3 nagpakita sa transportasyon sa materyal sa lain-laing mga oras sa crucible sa istruktura 0 ug istruktura 1. Ang gas phase nga rate sa pag-agos sa materyal sa lugar sa hilaw nga materyal ug sa growth chamber motaas uban sa pagtaas sa posisyon, ug ang transportasyon sa materyal mohuyang samtang ang pagtubo mouswag. Ang Figure 3 nagpakita usab nga ubos sa mga kondisyon sa simulation, ang hilaw nga materyal una nga mag-graphitize sa kilid nga bungbong sa crucible ug dayon sa ilawom sa crucible. Dugang pa, adunay recrystallization sa nawong sa hilaw nga materyal ug kini anam-anam nga mobaga samtang ang pagtubo mouswag. Ang Figures 4(a) ug 4(b) nagpakita nga ang rate sa pag-agos sa materyal sulod sa hilaw nga materyal mokunhod samtang ang pagtubo mouswag, ug ang rate sa pag-agos sa materyal sa 100 ka oras mga 50% sa inisyal nga gutlo; bisan pa, ang rate sa pag-agos medyo dako sa ngilit tungod sa graphitization sa hilaw nga materyal, ug ang rate sa pag-agos sa ngilit labaw pa sa 10 ka pilo sa rate sa pag-agos sa tunga nga lugar sa 100 ka oras; Dugang pa, ang epekto sa PG sa istruktura 1 naghimo sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa lugar sa hilaw nga materyal sa istruktura 1 nga mas ubos kaysa sa istruktura 0. Sa Figure 4(c), ang pag-agos sa materyal sa lugar sa hilaw nga materyal ug sa growth chamber hinay-hinay nga nagkahuyang samtang nagpadayon ang pagtubo, ug ang pag-agos sa materyal sa lugar sa hilaw nga materyal nagpadayon sa pagkunhod, nga gipahinabo sa pag-abli sa agianan sa pag-agos sa hangin sa ngilit sa crucible ug ang pagbabag sa recrystallization sa ibabaw; sa growth chamber, ang gikusgon sa pag-agos sa materyal sa istruktura 0 kusog nga mikunhod sa inisyal nga 30 ka oras ngadto sa 16%, ug mikunhod lamang og 3% sa sunod nga panahon, samtang ang istruktura 1 nagpabilin nga medyo lig-on sa tibuok proseso sa pagtubo. Busa, ang PG makatabang sa pagpalig-on sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa growth chamber. Ang Figure 4(d) nagtandi sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa atubangan sa pagtubo sa kristal. Sa inisyal nga gutlo ug 100 ka oras, ang transportasyon sa materyal sa growth zone sa structure 0 mas kusog kay sa structure 1, apan kanunay adunay taas nga flow rate area sa ngilit sa structure 0, nga mosangpot sa sobra nga pagtubo sa ngilit. Ang presensya sa PG sa structure 1 epektibong makapugong niini nga panghitabo.
Hulagway 3 Pag-agos sa materyal sa crucible. Mga streamline (wala) ug velocity vectors (tuo) sa transportasyon sa materyal nga gas sa mga istruktura 0 ug 1 sa lainlaing mga oras, velocity vector unit: m/s
Hulagway 4 Mga pagbag-o sa gikusgon sa pag-agos sa materyal. (a) Mga pagbag-o sa pag-apod-apod sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa tunga sa hilaw nga materyal sa istruktura 0 sa 0, 30, 60, ug 100 h, ang r mao ang radius sa lugar sa hilaw nga materyal; (b) Mga pagbag-o sa pag-apod-apod sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa tunga sa hilaw nga materyal sa istruktura 1 sa 0, 30, 60, ug 100 h, ang r mao ang radius sa lugar sa hilaw nga materyal; (c) Mga pagbag-o sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sulod sa growth chamber (A, B) ug sulod sa hilaw nga materyal (C, D) sa mga istruktura 0 ug 1 sa paglabay sa panahon; (d) Pag-apod-apod sa gikusgon sa pag-agos sa materyal duol sa nawong sa kristal sa liso sa mga istruktura 0 ug 1 sa 0 ug 100 h, ang r mao ang radius sa kristal sa liso
Ang C/Si makaapekto sa crystalline stability ug defect density sa pagtubo sa SiC crystal. Ang Figure 5(a) nagtandi sa C/Si ratio distribution sa duha ka istruktura sa inisyal nga higayon. Ang C/Si ratio hinay-hinay nga mikunhod gikan sa ubos ngadto sa ibabaw sa crucible, ug ang C/Si ratio sa structure 1 kanunay nga mas taas kay sa structure 0 sa lain-laing posisyon. Ang Figures 5(b) ug 5(c) nagpakita nga ang C/Si ratio hinay-hinay nga misaka uban sa pagtubo, nga may kalabutan sa pagtaas sa internal nga temperatura sa ulahing yugto sa pagtubo, ang pag-usbaw sa raw material graphitization, ug ang reaksyon sa mga Si component sa gas phase uban sa graphite crucible. Sa Figure 5(d), ang C/Si ratios sa structure 0 ug structure 1 lahi kaayo kon itandi sa PG (0, 25 mm), apan gamay ra kon itandi sa PG (50 mm), ug ang kalainan hinay-hinay nga motaas samtang kini moduol sa kristal. Sa kinatibuk-an, ang C/Si ratio sa structure 1 mas taas, nga makatabang sa pagpalig-on sa crystal form ug pagpakunhod sa posibilidad sa phase transition.
Hulagway 5 Distribusyon ug mga pagbag-o sa ratio sa C/Si. (a) Distribusyon sa ratio sa C/Si sa mga crucible sa istruktura 0 (wala) ug istruktura 1 (tuo) sa 0 h; (b) Ratio sa C/Si sa lainlaing mga distansya gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 sa lainlaing mga oras (0, 30, 60, 100 h); (c) Ratio sa C/Si sa lainlaing mga distansya gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 1 sa lainlaing mga oras (0, 30, 60, 100 h); (d) Pagtandi sa ratio sa C/Si sa lainlaing mga distansya (0, 25, 50, 75, 100 mm) gikan sa sentro nga linya sa crucible sa istruktura 0 (solid nga linya) ug istruktura 1 (putla-putol nga linya) sa lainlaing mga oras (0, 30, 60, 100 h).
Ang Figure 6 nagpakita sa mga pagbag-o sa diametro sa partikulo ug porosity sa mga rehiyon sa hilaw nga materyal sa duha ka istruktura. Ang figure nagpakita nga ang diametro sa hilaw nga materyal mikunhod ug ang porosity motaas duol sa crucible wall, ug ang porosity sa ngilit padayon nga motaas ug ang diametro sa partikulo padayon nga moubos samtang ang pagtubo nagpadayon. Ang maximum nga porosity sa ngilit mga 0.99 sa 100 ka oras, ug ang minimum nga diametro sa partikulo mga 300 μm. Ang diametro sa partikulo motaas ug ang porosity moubos sa ibabaw nga nawong sa hilaw nga materyal, nga katumbas sa recrystallization. Ang gibag-on sa recrystallization area motaas samtang ang pagtubo nagpadayon, ug ang gidak-on ug porosity sa partikulo padayon nga mausab. Ang maximum nga diametro sa partikulo moabot ug labaw sa 1500 μm, ug ang minimum nga porosity kay 0.13. Dugang pa, tungod kay ang PG mopataas sa temperatura sa lugar sa hilaw nga materyal ug ang gas supersaturation gamay, ang gibag-on sa recrystallization sa ibabaw nga bahin sa hilaw nga materyal sa istruktura 1 gamay, nga nagpauswag sa rate sa paggamit sa hilaw nga materyal.
Hulagway 6 Mga pagbag-o sa diametro sa partikulo (wala) ug porosity (tuo) sa lugar sa hilaw nga materyal sa istruktura 0 ug istruktura 1 sa lainlaing mga oras, yunit sa diametro sa partikulo: μm
Ang Figure 7 nagpakita nga ang structure 0 mo-warp sa sinugdanan sa pagtubo, nga mahimong may kalabutan sa sobra nga gikusgon sa pag-agos sa materyal nga gipahinabo sa graphitization sa ngilit sa hilaw nga materyal. Ang lebel sa warping mohuyang atol sa sunod nga proseso sa pagtubo, nga katumbas sa pagbag-o sa gikusgon sa pag-agos sa materyal sa atubangan sa pagtubo sa kristal sa structure 0 sa Figure 4 (d). Sa structure 1, tungod sa epekto sa PG, ang interface sa kristal wala magpakita og warping. Dugang pa, ang PG naghimo usab sa gikusgon sa pagtubo sa structure 1 nga mas ubos kay sa structure 0. Ang gibag-on sa sentro sa kristal sa structure 1 human sa 100 ka oras 68% lang sa structure 0.
Hulagway 7 Mga pagbag-o sa interface sa istruktura 0 ug istruktura 1 nga mga kristal sa 30, 60, ug 100 ka oras
Ang pagtubo sa kristal gihimo ubos sa mga kondisyon sa proseso sa numerical simulation. Ang mga kristal nga gipatubo sa istruktura 0 ug istruktura 1 gipakita sa Figure 8(a) ug Figure 8(b), matag usa. Ang kristal sa istruktura 0 nagpakita og concave interface, nga adunay mga undulation sa sentral nga lugar ug usa ka phase transition sa ngilit. Ang surface convexity nagrepresentar sa usa ka piho nga degree sa inhomogeneity sa pagdala sa mga materyales sa gas-phase, ug ang pagkahitabo sa phase transition katumbas sa ubos nga C/Si ratio. Ang interface sa kristal nga gipatubo sa istruktura 1 gamay nga convex, walay nakit-an nga phase transition, ug ang gibag-on kay 65% sa kristal nga walay PG. Sa kinatibuk-an, ang mga resulta sa pagtubo sa kristal katumbas sa mga resulta sa simulation, nga adunay mas dako nga radial temperature difference sa kristal interface sa istruktura 1, ang paspas nga pagtubo sa ngilit napugngan, ug ang kinatibuk-ang flow rate sa materyal mas hinay. Ang kinatibuk-ang trend nahiuyon sa mga resulta sa numerical simulation.
Hulagway 8 Mga kristal nga SiC nga mitubo ubos sa istruktura 0 ug istruktura 1
Konklusyon
Ang PG makatabang sa pag-uswag sa kinatibuk-ang temperatura sa lugar nga gisudlan sa hilaw nga materyal ug sa pag-uswag sa pagkaparehas sa temperatura sa axial ug radial, nga nagpasiugda sa hingpit nga sublimasyon ug paggamit sa hilaw nga materyal; ang kalainan sa temperatura sa ibabaw ug ubos motaas, ug ang radial gradient sa ibabaw sa kristal sa liso motaas, nga makatabang sa pagmintinar sa pagtubo sa convex interface. Sa termino sa pagbalhin sa masa, ang pagpaila sa PG makapakunhod sa kinatibuk-ang rate sa pagbalhin sa masa, ang rate sa pag-agos sa materyal sa growth chamber nga adunay PG dili kaayo mausab sa paglabay sa panahon, ug ang tibuok proseso sa pagtubo mas lig-on. Sa samang higayon, ang PG epektibo usab nga nagpugong sa panghitabo sa sobra nga pagbalhin sa masa sa kilid. Dugang pa, ang PG nagdugang usab sa ratio sa C/Si sa palibot sa pagtubo, labi na sa atubangan nga ngilit sa interface sa kristal sa liso, nga makatabang sa pagpakunhod sa panghitabo sa pagbag-o sa hugna sa panahon sa proseso sa pagtubo. Sa samang higayon, ang epekto sa thermal insulation sa PG makapakunhod sa panghitabo sa recrystallization sa ibabaw nga bahin sa hilaw nga materyal sa usa ka piho nga sukod. Alang sa pagtubo sa kristal, ang PG mopahinay sa rate sa pagtubo sa kristal, apan ang interface sa pagtubo mas convex. Busa, ang PG usa ka epektibo nga paagi aron mapaayo ang palibot sa pagtubo sa mga kristal nga SiC ug ma-optimize ang kalidad sa kristal.
Oras sa pag-post: Hunyo-18-2024