An próiseas bunúsach deSiCRoinntear fás criostail ina fho-shreabhadh agus dianscaoileadh amhábhar ag teocht ard, iompar substaintí céim gháis faoi ghníomhaíocht grádán teochta, agus fás athchriostalaithe substaintí céim gháis ag an gcriostal síl. Bunaithe air seo, roinntear taobh istigh an bhreogáin ina thrí chuid: limistéar amhábhar, seomra fáis agus criostal síl. Tarraingíodh samhail insamhalta uimhriúil bunaithe ar an bhfíorfhriotaíocht.SiCtrealamh fáis criostail aonair (féach Fíor 1). Sa ríomh: bun anbreogánTá 90 mm ar shiúl ó bhun an téitheoir taobh, is é 2100 ℃ teocht uachtarach an bhreogáin, is é 1000 μm trastomhas na gcáithníní amhábhar, is é 0.6 an tréscaoilteacht, is é 300 Pa an brú fáis, agus is é 100 uair an t-am fáis. Is é 5 mm tiús an PG, tá an trastomhas cothrom le trastomhas istigh an bhreogáin, agus tá sé suite 30 mm os cionn an amhábhair. Cuirtear san áireamh sa ríomh na próisis fho-mhéadaithe, charbónaithe, agus athchriostalaithe sa chrios amhábhar, agus ní chuirtear san áireamh an t-imoibriú idir PG agus substaintí céime gáis. Taispeántar na paraiméadair airíonna fisiceacha a bhaineann leis an ríomh i dTábla 1.
Fíor 1 Samhail ríofa insamhalta. (a) Samhail réimse teirmeach le haghaidh insamhalta fáis criostail; (b) Roinnt achar inmheánach an bhreogáin agus fadhbanna fisiceacha gaolmhara
Tábla 1 Roinnt paraiméadair fhisiceacha a úsáideadh sa ríomh
Léiríonn Fíor 2(a) go bhfuil teocht an struchtúir ina bhfuil PG (ar a dtugtar struchtúr 1) níos airde ná teocht an struchtúir saor ó PG (ar a dtugtar struchtúr 0) faoi bhun PG, agus níos ísle ná teocht struchtúir 0 os cionn PG. Méadaíonn an grádán teochta foriomlán, agus feidhmíonn PG mar ghníomhaire inslithe teasa. De réir Fíor 2(b) agus 2(c), tá grádáin teochta aiseacha agus gathacha struchtúr 1 sa chrios amhábhar níos lú, tá an dáileadh teochta níos aonfhoirmí, agus tá fo-limíocht an ábhair níos iomláine. Murab ionann agus an crios amhábhar, léiríonn Fíor 2(c) go bhfuil an grádán teochta gathach ag criostal síl struchtúir 1 níos mó, rud a d'fhéadfadh a bheith mar thoradh ar na comhréireanna éagsúla de mhodhanna aistrithe teasa éagsúla, rud a chabhraíonn leis an gcriostal fás le comhéadan dronnach. I bhFíor 2(d), taispeánann an teocht ag suíomhanna éagsúla sa bhreogán treocht mhéadaitheach de réir mar a théann an fás ar aghaidh, ach laghdaíonn an difríocht teochta idir struchtúr 0 agus struchtúr 1 de réir a chéile sa chrios amhábhar agus méadaíonn sé de réir a chéile sa seomra fáis.
Fíor 2 Dáileadh teochta agus athruithe sa bhreogán. (a) Dáileadh teochta taobh istigh den bhreogán de struchtúr 0 (ar chlé) agus struchtúr 1 (ar dheis) ag 0 h, aonad: ℃; (b) Dáileadh teochta ar líne lár an bhreogáin de struchtúr 0 agus struchtúr 1 ó bhun an amhábhair go dtí an criostal síl ag 0 h; (c) Dáileadh teochta ón lár go dtí imeall an bhreogáin ar dhromchla an chriostail síl (A) agus dromchla an amhábhair (B), lár (C) agus bun (D) ag 0 h, is é an ais chothrománach r ga an chriostail síl do A, agus ga achar an amhábhair do B~D; (d) Athruithe teochta i lár na coda uachtair (A), dromchla an amhábhair (B) agus lár (C) an tseomra fáis de struchtúr 0 agus struchtúr 1 ag 0, 30, 60, agus 100 h.
Taispeánann Fíor 3 an t-iompar ábhair ag amanna éagsúla sa bhreogán de struchtúr 0 agus struchtúr 1. Méadaíonn ráta sreafa ábhair chéim gháis sa limistéar amhábhar agus sa seomra fáis de réir mar a mhéadaíonn an suíomh, agus lagaíonn an t-iompar ábhair de réir mar a théann an fás ar aghaidh. Taispeánann Fíor 3 freisin, faoi na coinníollacha insamhalta, go ndéanann an t-amhábhar graifítiú ar dtús ar bhalla taobh an bhreogáin agus ansin ar bhun an bhreogáin. Ina theannta sin, bíonn athchriostalú ar dhromchla an amhábhair agus go dtiubhaíonn sé de réir a chéile de réir mar a théann an fás ar aghaidh. Taispeánann Fíor 4(a) agus 4(b) go laghdaíonn ráta sreafa an ábhair taobh istigh den amhábhar de réir mar a théann an fás ar aghaidh, agus go bhfuil ráta sreafa an ábhair ag 100 uair thart ar 50% den nóiméad tosaigh; áfach, tá an ráta sreafa sách mór ag an imeall mar gheall ar ghraifítiú an amhábhair, agus tá an ráta sreafa ag an imeall níos mó ná 10 n-uaire an ráta sreafa sa limistéar lár ag 100 uair; ina theannta sin, déanann éifeacht PG i struchtúr 1 an ráta sreafa ábhair i limistéar amhábhar struchtúr 1 níos ísle ná an ráta i struchtúr 0. I bhFíor 4(c), lagaíonn an sreabhadh ábhair i limistéar an amhábhar agus sa seomra fáis de réir a chéile de réir mar a théann an fás ar aghaidh, agus leanann an sreabhadh ábhair i limistéar an amhábhar ag laghdú, rud is cúis le hoscailt an chainéil sreafa aeir ag imeall an bhreogáin agus bac ar athchriostalú ag an mbarr; sa seomra fáis, laghdaíonn ráta sreafa ábhair struchtúr 0 go tapa sna 30 uair an chloig tosaigh go 16%, agus ní laghdaíonn sé ach 3% sa tréimhse ina dhiaidh sin, agus fanann struchtúr 1 réasúnta cobhsaí i rith an phróisis fáis. Dá bhrí sin, cuidíonn PG le ráta sreafa ábhair a chobhsú sa seomra fáis. Déanann Fíor 4(d) comparáid idir an ráta sreafa ábhair ag tosaigh fáis an chriostail. Ag an nóiméad tosaigh agus 100 uair an chloig, bíonn an t-iompar ábhair i gcrios fáis struchtúr 0 níos láidre ná mar atá i struchtúr 1, ach bíonn limistéar ráta sreafa ard i gcónaí ag imeall struchtúr 0, rud a fhágann go mbíonn fás iomarcach ag an imeall. Cuireann láithreacht PG i struchtúr 1 cosc éifeachtach ar an bhfeiniméan seo.
Fíor 3 Sreabhadh ábhair sa bhreogán. Sruthlínte (ar chlé) agus veicteoirí luais (ar dheis) d’iompar ábhair gháis i struchtúir 0 agus 1 ag amanna éagsúla, aonad veicteora luais: m/s
Fíor 4 Athruithe ar ráta sreafa ábhair. (a) Athruithe ar dháileadh ráta sreafa ábhair i lár amhábhair struchtúr 0 ag 0, 30, 60, agus 100 h, is é r ga limistéar an amhábhair; (b) Athruithe ar dháileadh ráta sreafa ábhair i lár amhábhair struchtúr 1 ag 0, 30, 60, agus 100 h, is é r ga limistéar an amhábhair; (c) Athruithe ar ráta sreafa ábhair taobh istigh den seomra fáis (A, B) agus taobh istigh den amhábhair (C, D) de struchtúir 0 agus 1 le himeacht ama; (d) Dáileadh ráta sreafa ábhair gar do dhromchla criostail síl struchtúr 0 agus 1 ag 0 agus 100 h, is é r ga an chriostail síl
Bíonn tionchar ag C/Si ar chobhsaíocht chriostal agus ar dhlús lochtanna fáis criostail SiC. Déanann Fíor 5(a) comparáid idir dáileadh cóimheas C/Si an dá struchtúr ag an nóiméad tosaigh. Laghdaíonn an cóimheas C/Si de réir a chéile ón mbun go barr an bhreogáin, agus bíonn cóimheas C/Si struchtúr 1 níos airde i gcónaí ná cóimheas struchtúr 0 ag suíomhanna éagsúla. Léiríonn Fíor 5(b) agus 5(c) go méadaíonn an cóimheas C/Si de réir a chéile le fás, rud a bhaineann leis an méadú ar theocht inmheánach sa chéim níos déanaí den fhás, feabhas ar ghraifítiú amhábhar, agus imoibriú comhpháirteanna Si sa chéim gháis leis an mbreogán graifíte. I bhFíor 5(d), tá cóimheasa C/Si struchtúr 0 agus struchtúr 1 sách difriúil faoi bhun PG (0, 25 mm), ach beagán difriúil os cionn PG (50 mm), agus méadaíonn an difríocht de réir a chéile de réir mar a théann sé i dtreo an chriostail. Go ginearálta, tá cóimheas C/Si struchtúr 1 níos airde, rud a chabhraíonn le foirm an chriostail a chobhsú agus an dóchúlacht go dtarlóidh aistriú céime a laghdú.
Fíor 5 Dáileadh agus athruithe ar chóimheas C/Si. (a) Dáileadh cóimheas C/Si i mbreogáin struchtúr 0 (ar chlé) agus struchtúr 1 (ar dheis) ag 0 uair; (b) Cóimheas C/Si ag achair éagsúla ó lárlíne bhreogáin struchtúir 0 ag amanna éagsúla (0, 30, 60, 100 uair); (c) Cóimheas C/Si ag achair éagsúla ó lárlíne bhreogáin struchtúir 1 ag amanna éagsúla (0, 30, 60, 100 uair); (d) Comparáid idir cóimheas C/Si ag achair éagsúla (0, 25, 50, 75, 100 mm) ó lárlíne bhreogáin struchtúir 0 (líne sholadach) agus struchtúr 1 (líne phraiseach) ag amanna éagsúla (0, 30, 60, 100 uair).
Taispeánann Fíor 6 na hathruithe i dtrastomhas na gcáithníní agus i bporóiseacht réigiúin amhábhar an dá struchtúr. Taispeánann an figiúr go laghdaíonn trastomhas an amhábhair agus go méadaíonn an phoróiseacht in aice le balla an bhreogáin, agus go leanann an phoróiseacht imeallach ag méadú agus go leanann trastomhas na gcáithníní ag laghdú de réir mar a théann an fás ar aghaidh. Is é thart ar 0.99 an uasphoróiseacht imeallach ag 100 uair an chloig, agus is é thart ar 300 μm an trastomhas íosta cáithníní. Méadaíonn trastomhas na gcáithníní agus laghdaíonn an phoróiseacht ar dhromchla uachtarach an amhábhair, rud a fhreagraíonn don athchriostalú. Méadaíonn tiús an limistéir athchriostalaithe de réir mar a théann an fás ar aghaidh, agus leanann méid agus poróiseacht na gcáithníní ag athrú. Sroicheann an uasphoróiseacht cáithníní níos mó ná 1500 μm, agus is é 0.13 an íosphoróiseacht. Ina theannta sin, ós rud é go méadaíonn PG teocht an limistéir amhábhar agus go bhfuil an ró-sháithiú gáis beag, tá tiús athchriostalaithe chuid uachtarach amhábhar struchtúr 1 beag, rud a fheabhsaíonn an ráta úsáide amhábhar.
Fíor 6 Athruithe i dtrastomhas na gcáithníní (ar chlé) agus i bporóiseacht (ar dheis) limistéar an amhábhair i struchtúr 0 agus struchtúr 1 ag amanna éagsúla, aonad trastomhas na gcáithníní: μm
Léiríonn Fíor 7 go ndéanann struchtúr 0 lúbadh ag tús an fháis, rud a d'fhéadfadh a bheith bainteach leis an ráta sreafa ábhair iomarcach de bharr graifítiú imeall an amhábhair. Laghdaítear an méid lúbadh le linn an phróisis fáis ina dhiaidh sin, rud a fhreagraíonn don athrú i ráta sreafa ábhair ag tosaigh fhás criostail struchtúir 0 i bhFíor 4 (d). I struchtúr 1, mar gheall ar éifeacht PG, ní thaispeánann an comhéadan criostail lúbadh. Ina theannta sin, déanann PG ráta fáis struchtúir 1 i bhfad níos ísle ná ráta fáis struchtúir 0. Níl tiús lárnach chriostail struchtúir 1 tar éis 100 uair an chloig ach 68% de thiús lárnach struchtúr 0.
Fíor 7 Athruithe comhéadain criostail struchtúr 0 agus struchtúr 1 ag 30, 60, agus 100 uair an chloig
Rinneadh fás criostail faoi choinníollacha próisis insamhalta uimhriúil. Taispeántar na criostail a fhásann de réir struchtúr 0 agus struchtúr 1 i bhFíor 8(a) agus i bhFíor 8(b), faoi seach. Taispeánann criostal struchtúir 0 comhéadan cuasach, le tonnta sa limistéar lárnach agus aistriú céime ag an imeall. Léiríonn an comhrianacht dromchla méid áirithe neamh-aonchineálachta in iompar ábhar céime gáis, agus comhfhreagraíonn tarlú an aistrithe céime don chóimheas íseal C/Si. Tá comhéadan an chriostail a fhásann de réir struchtúr 1 beagán cuasach, ní aimsítear aon aistriú céime, agus is é 65% den chriostal gan PG an tiús. Go ginearálta, comhfhreagraíonn torthaí fáis an chriostail do na torthaí insamhalta, le difríocht teochta gathach níos mó ag comhéadan criostail struchtúr 1, cuirtear cosc ar an bhfás tapa ag an imeall, agus tá an ráta sreafa ábhair foriomlán níos moille. Tá an treocht fhoriomlán comhsheasmhach leis na torthaí insamhalta uimhriúla.
Fíor 8 Criostail SiC a fhástar faoi struchtúr 0 agus struchtúr 1
Conclúid
Tá PG fabhrach chun feabhas a chur ar theocht iomlán limistéar an amhábhair agus chun aonfhoirmeacht teochta aiseach agus gathach a fheabhsú, rud a chuireann fo-shreabhadh agus úsáid iomlán an amhábhair chun cinn; méadaíonn an difríocht teochta barr agus bun, agus méadaíonn grádán gathach dhromchla an chriostail síl, rud a chabhraíonn le fás an chomhéadain dronnach a choinneáil. Maidir le haistriú maise, laghdaíonn tabhairt isteach PG an ráta aistrithe maise foriomlán, athraíonn an ráta sreafa ábhair sa seomra fáis ina bhfuil PG níos lú le himeacht ama, agus tá an próiseas fáis iomlán níos cobhsaí. Ag an am céanna, cuireann PG cosc éifeachtach ar tharlú iomarcach aistrithe maise imeall. Ina theannta sin, méadaíonn PG an cóimheas C/Si den timpeallacht fáis freisin, go háirithe ag imeall tosaigh chomhéadan an chriostail síl, rud a chabhraíonn le tarlú athrú céime a laghdú le linn an phróisis fáis. Ag an am céanna, laghdaíonn éifeacht inslithe theirmigh PG tarlú athchriostalaithe sa chuid uachtarach den amhábhair go pointe áirithe. Maidir le fás criostail, moillíonn PG an ráta fáis criostail, ach tá an comhéadan fáis níos dronnach. Dá bhrí sin, is bealach éifeachtach é PG chun timpeallacht fáis criostail SiC a fheabhsú agus cáilíocht criostail a bharrfheabhsú.
Am an phoist: 18 Meitheamh 2024