Pêvajoya bingehîn aSiCMezinbûna krîstalê li ser sublimasyon û hilweşîna madeyên xav di germahiya bilind de, veguhastina madeyên qonaxa gazê di bin bandora gradyana germahiyê de, û mezinbûna ji nû ve krîstalîzasyonê ya madeyên qonaxa gazê li krîstala tov tê dabeşkirin. Li ser vê yekê, hundirê xaçerêyê li sê beşan tê dabeşkirin: qada madeya xav, odeya mezinbûnê û krîstala tov. Modelek simulasyonê ya hejmarî li ser bingeha berxwedana rastîn hate xêzkirin.SiCalavên mezinbûna krîstala yekane (li Şekil 1 binêre). Di hesabkirinê de: binêxaçerê90 mm dûrî binê germkera alî ye, germahiya jorîn a xav 2100 ℃ ye, qûtra perçeyên madeya xav 1000 μm ye, porozîtî 0.6 e, zexta mezinbûnê 300 Pa ye, û dema mezinbûnê 100 h ye. Qalindahiya PG 5 mm ye, qûtra wê wekhevî qûtra hundirîn a xav e, û ew 30 mm li jor madeya xav e. Pêvajoyên sublîmasyon, karbonîzasyon û ji nû ve krîstalîzasyonê yên herêma madeya xav di hesabkirinê de têne hesibandin, û reaksiyona di navbera PG û madeyên qonaxa gazê de nayê hesibandin. Parametreyên taybetmendiyên fîzîkî yên têkildarî hesabkirinê di Tabloya 1-ê de têne nîşandan.
Wêne 1 Modela hesabkirina simulasyonê. (a) Modela qada germî ji bo simulasyona mezinbûna krîstalê; (b) Dabeşkirina qada hundurîn a xaçerêyê û pirsgirêkên fîzîkî yên têkildar
Tabloya 1 Hin parametreyên fîzîkî yên ku di hesabkirinê de hatine bikar anîn
Wêne 2(a) nîşan dide ku germahiya avahiya ku PG-dihewîne (wekî avahiya 1 tê destnîşankirin) ji ya avahiya bê PG (wekî avahiya 0 tê destnîşankirin) li jêr PG bilindtir e, û ji ya avahiya 0 li jor PG nizmtir e. Gradienta germahiyê ya giştî zêde dibe, û PG wekî ajanek îzolekirina germê tevdigere. Li gorî Wêne 2(b) û 2(c), gradyentên germahiyê yên eksenî û radyal ên avahiya 1 di herêma madeya xav de piçûktir in, belavkirina germahiyê yekrengtir e, û sublîmasyona materyalê temamtir e. Berevajî herêma madeya xav, Wêne 2(c) nîşan dide ku gradyenta germahiyê ya radyal li krîstala tovê avahiya 1 mezintir e, ku dibe ku ji ber rêjeyên cûda yên modên veguhastina germê yên cûda çêbibe, ku alîkariya krîstalê dike ku bi navgînek konveks mezin bibe. Di Wêne 2(d) de, germahî li pozîsyonên cûda yên di xaçerêyê de meylek zêdebûnê nîşan dide dema ku mezinbûn pêşve diçe, lê cûdahiya germahiyê di navbera avahiya 0 û avahiya 1 de hêdî hêdî di herêma madeya xav de kêm dibe û hêdî hêdî di odeya mezinbûnê de zêde dibe.
Wêne 2 Belavbûna germahiyê û guhertinên di nav kelekê de. (a) Belavbûna germahiyê di nav kelekê de ya avahiya 0 (çep) û avahiya 1 (rast) di 0 demjimêran de, yekîneya: ℃; (b) Belavbûna germahiyê li ser xeta navendî ya kelekê ya avahiya 0 û avahiya 1 ji binê madeya xav heta krîstala tovê di 0 demjimêran de; (c) Belavbûna germahiyê ji navendê heta qiraxa kelekê li ser rûyê krîstala tovê (A) û rûyê madeya xav (B), navîn (C) û binî (D) di 0 demjimêran de, eksena horizontal r nîvravîsa krîstala tovê ji bo A ye, û nîvravîsa qada madeya xav ji bo B~D ye; (d) Guhertinên germahiyê li navenda beşa jorîn (A), rûyê madeya xav (B) û navîn (C) ya odeya mezinbûnê ya avahiya 0 û avahiya 1 di 0, 30, 60, û 100 demjimêran de.
Wêne 3 veguhestina materyalê di demên cuda de di nav xavkera avahiya 0 û avahiya 1 de nîşan dide. Rêjeya herikîna materyalê ya qonaxa gazê di qada madeya xav û odeya mezinbûnê de bi zêdebûna pozîsyonê re zêde dibe, û veguhestina materyalê bi pêşveçûna mezinbûnê qels dibe. Wêne 3 her wiha nîşan dide ku di bin şert û mercên simulasyonê de, madeya xav pêşî li ser dîwarê kêlekê yê xavkerê û dûv re jî li binê xavkerê grafît dibe. Wekî din, li ser rûyê madeya xav ji nû ve krîstalîzekirin heye û bi pêşveçûna mezinbûnê re hêdî hêdî qalind dibe. Wêne 4(a) û 4(b) nîşan didin ku rêjeya herikîna materyalê di hundurê madeya xav de bi pêşveçûna mezinbûnê kêm dibe, û rêjeya herikîna materyalê di 100 demjimêran de bi qasî %50ê kêliya destpêkê ye; lêbelê, rêjeya herikînê li qiraxê ji ber grafîtkirina madeya xav nisbeten mezin e, û rêjeya herikînê li qiraxê ji rêjeya herikîna li qada navîn di 100 demjimêran de ji 10 caran zêdetir e; Herwiha, bandora PG di avahiya 1 de rêjeya herikîna materyalê di qada madeya xav a avahiya 1 de ji ya avahiya 0 kêmtir dike. Di Wêne 4(c) de, herikîna materyalê hem di qada madeya xav de û hem jî di odeya mezinbûnê de hêdî hêdî bi pêşketina mezinbûnê qels dibe, û herikîna materyalê di qada madeya xav de berdewam dike ku kêm bibe, ku ev ji ber vebûna kanala herikîna hewayê li qiraxa xav û astengkirina ji nû ve krîstalîzekirinê li jor çêdibe; di odeya mezinbûnê de, rêjeya herikîna materyalê ya avahiya 0 di 30 demjimêrên destpêkê de bi lez kêm dibe û digihîje %16, û di dema paşîn de tenê %3 kêm dibe, di heman demê de avahiya 1 di tevahiya pêvajoya mezinbûnê de nisbeten sabît dimîne. Ji ber vê yekê, PG dibe alîkar ku rêjeya herikîna materyalê di odeya mezinbûnê de were îstîqrar kirin. Wêne 4(d) rêjeya herikîna materyalê li eniya mezinbûna krîstalê berawird dike. Di kêliya destpêkê û 100 demjimêran de, veguhestina materyalê di qada mezinbûnê ya avahiya 0 de ji ya di avahiya 1 de xurttir e, lê her gav li qiraxa avahiya 0 qadeke rêjeya herikîna bilind heye, ku dibe sedema mezinbûna zêde li qiraxê. Hebûna PG di avahiya 1 de bi bandor vê diyardeyê tepeser dike.
Wêne 3 Herikîna materyalê di nav kelekê de. Xetên herikînê (çep) û vektorên lezê (rast) ên veguhastina materyalê gazê di avahiyên 0 û 1 de di demên cuda de, yekîneya vektora lezê: m/s
Wêne 4 Guhertinên di rêjeya herikîna materyalê de. (a) Guhertinên di belavbûna rêjeya herikîna materyalê de li nîvê madeya xav a avahiya 0 di 0, 30, 60, û 100 h de, r nîvravîsa qada madeya xav e; (b) Guhertinên di belavbûna rêjeya herikîna materyalê de li nîvê madeya xav a avahiya 1 di 0, 30, 60, û 100 h de, r nîvravîsa qada madeya xav e; (c) Guhertinên di rêjeya herikîna materyalê de di hundurê odeya mezinbûnê (A, B) û di hundurê madeya xav (C, D) ya avahiyên 0 û 1 de bi demê re; (d) Belavbûna rêjeya herikîna materyalê li nêzî rûyê krîstala tovê ya avahiyên 0 û 1 di 0 û 100 h de, r nîvravîsa krîstala tovê ye.
C/Si bandorê li ser aramiya krîstalî û dendika kêmasiyên mezinbûna krîstala SiC dike. Wêne 5(a) belavbûna rêjeya C/Si ya her du avahiyan di kêliya destpêkê de berawird dike. Rêjeya C/Si hêdî hêdî ji binî ber bi jorê xaçerêyê kêm dibe, û rêjeya C/Si ya avahiya 1 her gav ji ya avahiya 0 di pozîsyonên cûda de bilindtir e. Wêne 5(b) û 5(c) nîşan didin ku rêjeya C/Si hêdî hêdî bi mezinbûnê re zêde dibe, ku ev yek bi zêdebûna germahiya navxweyî di qonaxa paşîn a mezinbûnê de, zêdebûna grafîtîzasyona madeya xav, û reaksiyona pêkhateyên Si di qonaxa gazê de bi xaçerêya grafîtê ve girêdayî ye. Di Wêne 5(d) de, rêjeyên C/Si yên avahiya 0 û avahiya 1 di bin PG (0, 25 mm) de pir cûda ne, lê li jor PG (50 mm) hinekî cûda ne, û cûdahî hêdî hêdî zêde dibe dema ku ew nêzîkî krîstalê dibe. Bi gelemperî, rêjeya C/Si ya avahiya 1 bilindtir e, ku dibe alîkar ku forma krîstalê were îstîqrar kirin û îhtîmala veguherîna qonaxê kêm bike.
Wêne 5 Belavkirin û guhertinên rêjeya C/Si. (a) Belavkirina rêjeya C/Si di nav kelepçeyên avahî 0 (çep) û avahî 1 (rast) de di saet 0 de; (b) Rêjeya C/Si li dûrên cuda ji xeta navendî ya kelepçeya avahî 0 di demên cuda de (0, 30, 60, 100 h); (c) Rêjeya C/Si li dûrên cuda ji xeta navendî ya kelepçeya avahî 1 di demên cuda de (0, 30, 60, 100 h); (d) Berawirdkirina rêjeya C/Si li dûrên cuda (0, 25, 50, 75, 100 mm) ji xeta navendî ya kelepçeya avahî 0 (xeta zexm) û avahî 1 (xeta qutkirî) di demên cuda de (0, 30, 60, 100 h).
Wêneya 6 guhertinên di qûtra perçeyan û porozîteya herêmên madeya xav ên her du avahiyan de nîşan dide. Wêne nîşan dide ku qûtra madeya xav kêm dibe û porozîteya nêzîkî dîwarê xav zêde dibe, û porozîteya qiraxê berdewam dike ku zêde bibe û qûtra perçeyan jî berdewam dike ku mezinbûn pêşve diçe kêm bibe. Porozîteya qiraxê ya herî zêde di 100 demjimêran de bi qasî 0.99 e, û qûtra herî kêm a perçeyan bi qasî 300 μm e. Qûtra perçeyan li ser rûyê jorîn ê madeya xav zêde dibe û porozîtî kêm dibe, ku bi rekristalîzekirinê re têkildar e. Qalindahiya qada rekristalîzekirinê bi pêşveçûna mezinbûnê zêde dibe, û mezinahiya perçeyan û porozîtî berdewam diguherin. Qûtra herî zêde ya perçeyan digihîje ji 1500 μm zêdetir, û porozîteya herî kêm 0.13 e. Wekî din, ji ber ku PG germahiya qada madeya xav zêde dike û têrbûna gazê piçûk e, qalindahiya rekristalîzekirina beşa jorîn a madeya xav a avahiya 1 piçûk e, ku rêjeya karanîna madeya xav baştir dike.
Wêne 6 Guhertinên di qûtra perçeyan de (çep) û porozîteyê (rast) ên qada madeya xav a avahiya 0 û avahiya 1 di demên cuda de, yekîneya qûtra perçeyan: μm
Wêne 7 nîşan dide ku avahiya 0 di destpêka mezinbûnê de xwar dibe, ku dibe ku bi rêjeya herikîna materyalê ya zêde ve girêdayî be ku ji ber grafîtîzasyona qiraxa madeya xav çêdibe. Asta xwarbûnê di pêvajoya mezinbûna paşîn de qels dibe, ku bi guherîna rêjeya herikîna materyalê li pêşiya mezinbûna krîstalê avahiya 0 di Wêne 4 (d) de re têkildar e. Di avahiya 1 de, ji ber bandora PG, rûbera krîstalê xwarbûnê nîşan nade. Wekî din, PG rêjeya mezinbûna avahiya 1 ji ya avahiya 0 pir kêmtir dike. Qalindahiya navenda krîstalê avahiya 1 piştî 100 demjimêran tenê %68ê ya avahiya 0 e.
Wêne 7 Guhertinên navbera krîstalên avahiya 0 û avahiya 1 di 30, 60 û 100 demjimêran de
Mezinbûna krîstalan di bin şert û mercên pêvajoyê yên simulasyona hejmarî de hate kirin. Krîstalên ku ji hêla avahiya 0 û avahiya 1 ve hatine mezin kirin, bi rêzê ve di Wêne 8(a) û Wêne 8(b) de têne nîşandan. Krîstala avahiya 0 rûberek konkav nîşan dide, bi pêlên li devera navendî û veguherînek qonaxê li qiraxê. Konveksîteya rûyê pileyek diyarkirî ya nehomojenîtiyê di veguhastina materyalên qonaxa gazê de temsîl dike, û hebûna veguherîna qonaxê bi rêjeya C/Si ya nizm re têkildar e. Rûbera krîstala ku ji hêla avahiya 1 ve hatî mezin kirin hinekî konveks e, veguherînek qonaxê nayê dîtin, û qalindahiya wê bêyî PG% 65ê krîstalê ye. Bi gelemperî, encamên mezinbûna krîstalan bi encamên simulasyonê re têkildar in, bi cûdahiyek germahiya radyal a mezintir li rûbera krîstal a avahiya 1, mezinbûna bilez li qiraxê tê tepeserkirin, û rêjeya herikîna materyalê ya giştî hêdîtir e. Trenda giştî bi encamên simulasyona hejmarî re lihevhatî ye.
Wêne 8 Krîstalên SiC yên ku di bin avahiya 0 û avahiya 1 de mezin bûne
Xelasî
PG ji bo baştirkirina germahiya giştî ya qada madeya xav û baştirkirina yekrengiya germahiya eksî û radyal alîkar e, bi vî awayî sublimasyon û bikaranîna tevahî ya madeya xav pêş dixe; cudahiya germahiya jorîn û jêrîn zêde dibe, û gradyana radyal a rûyê krîstala tov zêde dibe, ku ev yek dibe alîkar ku mezinbûna navrûya konveks were parastin. Di warê veguhastina girseyî de, danasîna PG rêjeya veguhastina girseyî ya giştî kêm dike, rêjeya herikîna materyalê di odeya mezinbûnê de ku PG tê de heye bi demê re kêmtir diguhere, û tevahiya pêvajoya mezinbûnê aramtir dibe. Di heman demê de, PG bi bandor pêşî li veguhastina girseyî ya zêde ya qiraxê digire. Wekî din, PG rêjeya C/Si ya jîngeha mezinbûnê zêde dike, nemaze li qiraxa pêş a navrûya krîstala tov, ku dibe alîkar ku di dema pêvajoya mezinbûnê de çêbûna guherîna qonaxê kêm bike. Di heman demê de, bandora îzolekirina germî ya PG heta radeyekê çêbûna ji nû ve krîstalîzasyonê li beşa jorîn a madeya xav kêm dike. Ji bo mezinbûna krîstalê, PG rêjeya mezinbûna krîstalê hêdî dike, lê navrûya mezinbûnê konvekstir e. Ji ber vê yekê, PG rêbazek bi bandor e ji bo baştirkirina jîngeha mezinbûna krîstalên SiC û baştirkirina kalîteya krîstalê.
Dema şandinê: 18ê Hezîrana 2024an