මූලික ක්රියාවලියසික්ස්ඵටික වර්ධනය ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී අමුද්රව්යවල උත්කෘෂ්ටකරණය සහ වියෝජනය, උෂ්ණත්ව අනුක්රමණයේ ක්රියාකාරිත්වය යටතේ වායු අවධි ද්රව්ය ප්රවාහනය සහ බීජ ස්ඵටිකයේ වායු අවධි ද්රව්යවල නැවත ස්ඵටිකීකරණ වර්ධනය ලෙස බෙදා ඇත. මේ මත පදනම්ව, කබොලෙහි අභ්යන්තරය කොටස් තුනකට බෙදා ඇත: අමුද්රව්ය ප්රදේශය, වර්ධන කුටිය සහ බීජ ස්ඵටිකය. සත්ය ප්රතිරෝධක මත පදනම්ව සංඛ්යාත්මක සමාකරණ ආකෘතියක් අඳින ලදී.සික්තනි ස්ඵටික වර්ධන උපකරණ (රූපය 1 බලන්න). ගණනය කිරීමේදී: පතුලේකබොලපැති හීටරයේ පහළ සිට 90 mm දුරින්, කබොල්ලේ ඉහළ උෂ්ණත්වය 2100 ℃, අමුද්රව්ය අංශු විෂ්කම්භය 1000 μm, සිදුරු 0.6, වර්ධන පීඩනය 300 Pa, සහ වර්ධන කාලය 100 h වේ. PG ඝණකම 5 mm වන අතර, විෂ්කම්භය කබොල්ලේ අභ්යන්තර විෂ්කම්භයට සමාන වන අතර එය අමුද්රව්යයට වඩා 30 mm ඉහළින් පිහිටා ඇත. ගණනය කිරීමේදී අමුද්රව්ය කලාපයේ උච්චාවචනය, කාබනීකරණය සහ නැවත ස්ඵටිකීකරණ ක්රියාවලීන් සලකා බලනු ලබන අතර, PG සහ වායු අවධි ද්රව්ය අතර ප්රතික්රියාව සලකා බලනු නොලැබේ. ගණනය කිරීම හා සම්බන්ධ භෞතික ගුණාංග පරාමිතීන් 1 වගුවේ දක්වා ඇත.
රූපය 1 සමාකරණ ගණනය කිරීමේ ආකෘතිය. (අ) ස්ඵටික වර්ධන සමාකරණය සඳහා තාප ක්ෂේත්ර ආකෘතිය; (ආ) කබොලෙහි අභ්යන්තර ප්රදේශය බෙදීම සහ ඒ ආශ්රිත භෞතික ගැටළු
වගුව 1 ගණනය කිරීමේදී භාවිතා කරන ලද සමහර භෞතික පරාමිතීන්
රූපය 2(a) හි PG අඩංගු ව්යුහයේ (ව්යුහය 1 ලෙස දක්වා ඇත) උෂ්ණත්වය PG ට පහළින් PG-නිදහස් ව්යුහයට (ව්යුහය 0 ලෙස දක්වා ඇත) වඩා වැඩි බවත්, PG ට ඉහළින් ව්යුහය 0 ට වඩා අඩු බවත් පෙන්වයි. සමස්ත උෂ්ණත්ව අනුක්රමය වැඩි වන අතර PG තාප පරිවාරක කාරකයක් ලෙස ක්රියා කරයි. රූප 2(b) සහ 2(c) ට අනුව, අමුද්රව්ය කලාපයේ ව්යුහය 1 හි අක්ෂීය සහ රේඩියල් උෂ්ණත්ව අනුක්රමණ කුඩා වන අතර, උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය වඩාත් ඒකාකාරී වන අතර, ද්රව්යයේ උච්චාවචනය වඩාත් සම්පූර්ණ වේ. අමුද්රව්ය කලාපය මෙන් නොව, රූපය 2(c) ව්යුහය 1 හි බීජ ස්ඵටිකයේ රේඩියල් උෂ්ණත්ව අනුක්රමණය විශාල බව පෙන්නුම් කරයි, එය විවිධ තාප හුවමාරු ක්රමවල විවිධ අනුපාත නිසා ඇති විය හැකි අතර, එය ස්ඵටිකය උත්තල අතුරුමුහුණතක් සමඟ වර්ධනය වීමට උපකාරී වේ. රූපය 2(d) හි, කබොලෙහි විවිධ ස්ථානවල උෂ්ණත්වය වර්ධනය වන විට වැඩිවන ප්රවණතාවක් පෙන්නුම් කරයි, නමුත් ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 අතර උෂ්ණත්ව වෙනස අමුද්රව්ය කලාපයේ ක්රමයෙන් අඩු වන අතර වර්ධන කුටියේ ක්රමයෙන් වැඩි වේ.
රූපය 2 කබොලෙහි උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය සහ වෙනස්කම්. (අ) ව්යුහය 0 (වමේ) සහ ව්යුහය 1 (දකුණේ) හි කබොල තුළ 0 පැය, ඒකකය: ℃; (ආ) ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 හි කබොලෙහි මධ්ය රේඛාවේ අමුද්රව්යයේ පතුලේ සිට බීජ ස්ඵටිකය දක්වා 0 පැයේදී උෂ්ණත්ව ව්යාප්තිය; (ඇ) බීජ ස්ඵටික මතුපිට (A) සහ අමුද්රව්ය මතුපිට (B), මැද (C) සහ පහළ (D) 0 පැයේදී, තිරස් අක්ෂය r යනු A සඳහා බීජ ස්ඵටික අරය වන අතර B~D සඳහා අමුද්රව්ය ප්රදේශ අරය වේ; (ඈ) ව්යුහය 0 හි වර්ධන කුටියේ ඉහළ කොටසේ (A), අමුද්රව්ය මතුපිට (B) සහ මැද (C) මධ්යයේ උෂ්ණත්ව වෙනස්වීම් සහ 0, 30, 60 සහ 100 පැයේදී ව්යුහය 1 සහ ව්යුහය 0 හි වර්ධන කුටියේ.
රූපය 3 ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 හි කබොලෙහි විවිධ කාලවලදී ද්රව්ය ප්රවාහනය පෙන්වයි. අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ සහ වර්ධන කුටියේ වායු අවධි ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය පිහිටීම වැඩි වීමත් සමඟ වැඩි වන අතර වර්ධනය ඉදිරියට යන විට ද්රව්ය ප්රවාහනය දුර්වල වේ. රූපය 3 ද පෙන්නුම් කරන්නේ සමාකරණ තත්වයන් යටතේ, අමුද්රව්ය පළමුව කබොලෙහි පැති බිත්තියේ සහ පසුව කබොලෙහි පතුලේ ග්රැෆිටයිස් වන බවයි. ඊට අමතරව, අමුද්රව්ය මතුපිට නැවත ස්ඵටිකීකරණයක් ඇති අතර වර්ධනය ඉදිරියට යන විට එය ක්රමයෙන් ඝන වේ. රූප 4(අ) සහ 4(ආ) මගින් පෙන්නුම් කරන්නේ වර්ධනය ඉදිරියට යන විට අමුද්රව්ය තුළ ඇති ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය අඩු වන බවත්, පැය 100 දී ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය ආරම්භක මොහොතේ 50% ක් පමණ වන බවත්ය; කෙසේ වෙතත්, අමුද්රව්ය ග්රැෆිටයිස් කිරීම හේතුවෙන් දාරයේ ප්රවාහ අනුපාතය සාපේක්ෂව විශාල වන අතර දාරයේ ප්රවාහ අනුපාතය පැය 100 දී මැද ප්රදේශයේ ප්රවාහ අනුපාතයට වඩා 10 ගුණයකට වඩා වැඩිය; ඊට අමතරව, ව්යුහය 1 හි PG හි බලපෑම ව්යුහය 1 හි අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය ව්යුහය 0 ට වඩා අඩු කරයි. රූපය 4(c) හි, වර්ධනය ඉදිරියට යන විට අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ සහ වර්ධන කුටියේ ද්රව්ය ප්රවාහය ක්රමයෙන් දුර්වල වන අතර, අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ ද්රව්ය ප්රවාහය අඛණ්ඩව අඩු වේ, එය කබොල්ලේ කෙළවරේ වායු ප්රවාහ නාලිකාව විවෘත කිරීම සහ ඉහළින් නැවත ස්ඵටිකීකරණයට බාධා කිරීම නිසා ඇතිවේ; වර්ධන කුටියේ, ව්යුහය 0 හි ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය ආරම්භක පැය 30 තුළ 16% දක්වා වේගයෙන් අඩු වන අතර, පසුව කාලය තුළ 3% කින් පමණක් අඩු වන අතර, ව්යුහය 1 වර්ධන ක්රියාවලිය පුරාම සාපේක්ෂව ස්ථායීව පවතී. එබැවින්, PG වර්ධන කුටියේ ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය ස්ථාවර කිරීමට උපකාරී වේ. රූපය 4(d) ස්ඵටික වර්ධන ඉදිරිපස ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය සංසන්දනය කරයි. ආරම්භක මොහොතේ සහ පැය 100 දී, ව්යුහය 0 හි වර්ධන කලාපයේ ද්රව්ය ප්රවාහනය ව්යුහය 1 ට වඩා ශක්තිමත් වේ, නමුත් ව්යුහය 0 හි කෙළවරේ සෑම විටම ඉහළ ප්රවාහ අනුපාත ප්රදේශයක් පවතින අතර එමඟින් කෙළවරේ අධික වර්ධනයක් ඇති වේ. ව්යුහය 1 හි PG පැවතීම මෙම සංසිද්ධිය ඵලදායී ලෙස මර්දනය කරයි.
රූපය 3 කබොලෙහි ද්රව්ය ප්රවාහය. විවිධ කාලවලදී 0 සහ 1 ව්යුහයන්හි වායු ද්රව්ය ප්රවාහනයේ ප්රවාහ රේඛා (වමේ) සහ ප්රවේග දෛශික (දකුණේ), ප්රවේග දෛශික ඒකකය: m/s
රූපය 4 ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ වෙනස්කම්. (අ) 0, 30, 60 සහ 100 h හි ව්යුහයේ අමුද්රව්ය මැද ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ ව්යාප්තියේ වෙනස්කම්, r යනු අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ අරයයි; (ආ) 0, 30, 60 සහ 100 h හි ව්යුහයේ අමුද්රව්ය මැද ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ ව්යාප්තියේ වෙනස්කම්, r යනු අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ අරයයි; (ඇ) කාලයත් සමඟ වර්ධන කුටිය (A, B) තුළ සහ 0 සහ 1 ව්යුහවල අමුද්රව්ය (C, D) තුළ ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ වෙනස්වීම්; (ඈ) 0 සහ 1 ව්යුහවල බීජ ස්ඵටික මතුපිට අසල ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ ව්යාප්තිය, 0 සහ 100 h හි, r යනු බීජ ස්ඵටිකයේ අරයයි.
C/Si, SiC ස්ඵටික වර්ධනයේ ස්ඵටික ස්ථායිතාව සහ දෝෂ ඝනත්වයට බලපායි. රූපය 5(a) ආරම්භක මොහොතේ ව්යුහ දෙකෙහි C/Si අනුපාත ව්යාප්තිය සංසන්දනය කරයි. C/Si අනුපාතය ක්රමයෙන් කබොල්ලේ පහළ සිට ඉහළට අඩු වන අතර, ව්යුහය 1 හි C/Si අනුපාතය සෑම විටම විවිධ ස්ථානවල ව්යුහය 0 ට වඩා වැඩි වේ. රූප 5(b) සහ 5(c) මගින් පෙන්නුම් කරන්නේ වර්ධනයත් සමඟ C/Si අනුපාතය ක්රමයෙන් වැඩි වන බවයි, එය වර්ධනයේ පසු අවධියේදී අභ්යන්තර උෂ්ණත්වය වැඩිවීම, අමුද්රව්ය ග්රැෆිටීකරණය වැඩි දියුණු කිරීම සහ ග්රැෆයිට් කබොල සමඟ වායු අවධියේ Si සංරචකවල ප්රතික්රියාව සමඟ සම්බන්ධ වේ. රූපය 5(d) හි, ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 හි C/Si අනුපාත PG (0, 25 mm) ට වඩා බෙහෙවින් වෙනස් වන නමුත් PG (50 mm) ට වඩා තරමක් වෙනස් වන අතර, එය ස්ඵටිකයට ළඟා වන විට වෙනස ක්රමයෙන් වැඩි වේ. සාමාන්යයෙන්, ව්යුහය 1 හි C/Si අනුපාතය වැඩි වන අතර, එය ස්ඵටික ස්වරූපය ස්ථාවර කිරීමට සහ අදියර සංක්රාන්තියේ සම්භාවිතාව අඩු කිරීමට උපකාරී වේ.
රූපය 5 C/Si අනුපාතයේ ව්යාප්තිය සහ වෙනස්කම්. (අ) ව්යුහය 0 (වමේ) සහ ව්යුහය 1 (දකුණේ) හි කබොලවල 0 h හි C/Si අනුපාත ව්යාප්තිය; (ආ) ව්යුහය 0 හි කබොලෙහි මධ්ය රේඛාවේ සිට විවිධ දුරින් C/Si අනුපාතය විවිධ වේලාවන්හි (0, 30, 60, 100 h); (ඇ) ව්යුහය 1 හි කබොලෙහි මධ්ය රේඛාවේ සිට විවිධ දුරින් C/Si අනුපාතය විවිධ වේලාවන්හි (0, 30, 60, 100 h); (ඈ) ව්යුහය 0 (ඝන රේඛාව) සහ ව්යුහය 1 (ඉරි සහිත රේඛාව) හි මධ්ය රේඛාවේ සිට විවිධ දුරින් (0, 25, 50, 75, 100 mm) C/Si අනුපාතය සංසන්දනය කිරීම විවිධ වේලාවන්හි (0, 30, 60, 100 h).
රූපය 6 මඟින් ව්යුහ දෙකෙහි අමුද්රව්ය කලාපවල අංශු විෂ්කම්භය සහ සිදුරු වල වෙනස්කම් පෙන්වයි. රූපයේ දැක්වෙන්නේ අමුද්රව්ය විෂ්කම්භය අඩු වන අතර කබොල බිත්තිය අසල සිදුරු වැඩි වන අතර දාර සිදුරු වැඩි වන අතර වර්ධනය ඉදිරියට යන විට අංශු විෂ්කම්භය අඩු වන බවයි. උපරිම දාර සිදුරු පැය 100 ට 0.99 ක් පමණ වන අතර අවම අංශු විෂ්කම්භය 300 μm පමණ වේ. අංශු විෂ්කම්භය වැඩි වන අතර අමුද්රව්යයේ ඉහළ මතුපිට සිදුරු අඩු වන අතර එය නැවත ස්ඵටිකීකරණයට අනුරූප වේ. වර්ධනය ඉදිරියට යන විට නැවත ස්ඵටිකීකරණ ප්රදේශයේ ඝණකම වැඩි වන අතර අංශු ප්රමාණය සහ සිදුරු වෙනස් වෙමින් පවතී. උපරිම අංශු විෂ්කම්භය 1500 μm ට වඩා වැඩි වන අතර අවම සිදුරු 0.13 කි. ඊට අමතරව, PG අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ උෂ්ණත්වය වැඩි කරන අතර වායු අධි සන්තෘප්තිය කුඩා වන බැවින්, ව්යුහය 1 හි අමුද්රව්යයේ ඉහළ කොටසේ නැවත ස්ඵටිකීකරණ ඝණකම කුඩා වන අතර එමඟින් අමුද්රව්ය උපයෝගිතා අනුපාතය වැඩි දියුණු වේ.
රූපය 6 ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 හි අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ අංශු විෂ්කම්භය (වමේ) සහ සිදුරු (දකුණේ) වෙනස්වීම් විවිධ කාලවලදී, අංශු විෂ්කම්භය ඒකකය: μm
රූපය 7 හි දැක්වෙන්නේ වර්ධනයේ ආරම්භයේදී ව්යුහය 0 විකෘති වන බවයි, එය අමුද්රව්ය දාරයේ ග්රැෆිටීකරණය නිසා ඇතිවන අධික ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයට සම්බන්ධ විය හැකිය. පසුකාලීන වර්ධන ක්රියාවලියේදී විකෘති වීමේ මට්ටම දුර්වල වන අතර එය රූපය 4 (d) හි ව්යුහය 0 හි ස්ඵටික වර්ධනයේ ඉදිරිපස ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතයේ වෙනසට අනුරූප වේ. ව්යුහය 1 හි, PG හි බලපෑම හේතුවෙන්, ස්ඵටික අතුරුමුහුණත විකෘති වීමක් නොපෙන්වයි. ඊට අමතරව, PG ව්යුහය 1 හි වර්ධන වේගය ව්යුහය 0 ට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරයි. පැය 100 කට පසු ව්යුහය 1 හි ස්ඵටිකයේ මධ්ය ඝණකම ව්යුහය 0 හි 68% ක් පමණි.
රූපය 7 ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 ස්ඵටිකවල අතුරුමුහුණත් වෙනස්කම් 30, 60 සහ 100 h හිදී
සංඛ්යාත්මක සමාකරණයේ ක්රියාවලි කොන්දේසි යටතේ ස්ඵටික වර්ධනය සිදු කරන ලදී. ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 මගින් වර්ධනය කරන ලද ස්ඵටික පිළිවෙලින් රූප සටහන 8(a) සහ රූප සටහන 8(b) හි දක්වා ඇත. ව්යුහය 0 හි ස්ඵටිකයෙන් අවතල අතුරුමුහුණතක් පෙන්නුම් කරන අතර, මධ්යම ප්රදේශයේ රැළි සහ දාරයේ අවතල සංක්රාන්තියක් ඇත. මතුපිට උත්තල වායු-අදියර ද්රව්ය ප්රවාහනයේදී යම් තරමක අසමමිතිකතාවයක් නියෝජනය කරන අතර, අවධි සංක්රාන්තිය සිදුවීම අඩු C/Si අනුපාතයට අනුරූප වේ. ව්යුහය 1 මගින් වර්ධනය කරන ලද ස්ඵටිකයේ අතුරුමුහුණත තරමක් උත්තල වන අතර, අවධි සංක්රාන්තියක් හමු නොවේ, සහ ඝනකම PG නොමැතිව ස්ඵටිකයේ 65% කි. සාමාන්යයෙන්, ස්ඵටික වර්ධන ප්රතිඵල සමාකරණ ප්රතිඵලවලට අනුරූප වන අතර, ව්යුහය 1 හි ස්ඵටික අතුරුමුහුණතෙහි විශාල රේඩියල් උෂ්ණත්ව වෙනසක් සහිතව, දාරයේ වේගවත් වර්ධනය යටපත් කරනු ලබන අතර, සමස්ත ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය මන්දගාමී වේ. සමස්ත ප්රවණතාවය සංඛ්යාත්මක සමාකරණ ප්රතිඵලවලට අනුකූල වේ.
රූපය 8 ව්යුහය 0 සහ ව්යුහය 1 යටතේ වගා කරන ලද SiC ස්ඵටික
නිගමනය
අමුද්රව්ය ප්රදේශයේ සමස්ත උෂ්ණත්වය වැඩිදියුණු කිරීමට සහ අක්ෂීය සහ රේඩියල් උෂ්ණත්ව ඒකාකාරිත්වය වැඩිදියුණු කිරීමට PG දායක වන අතර, අමුද්රව්යයේ සම්පූර්ණ උත්කෘෂ්ටකරණය සහ භාවිතය ප්රවර්ධනය කරයි; ඉහළ සහ පහළ උෂ්ණත්ව වෙනස වැඩි වන අතර බීජ ස්ඵටික මතුපිට රේඩියල් අනුක්රමය වැඩි වන අතර එය උත්තල අතුරුමුහුණත වර්ධනය පවත්වා ගැනීමට උපකාරී වේ. ස්කන්ධ හුවමාරුව සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, PG හඳුන්වාදීම සමස්ත ස්කන්ධ හුවමාරු අනුපාතය අඩු කරයි, PG අඩංගු වර්ධන කුටියේ ද්රව්ය ප්රවාහ අනුපාතය කාලයත් සමඟ අඩුවෙන් වෙනස් වන අතර සමස්ත වර්ධන ක්රියාවලිය වඩාත් ස්ථායී වේ. ඒ සමඟම, PG අධික දාර ස්කන්ධ හුවමාරුව සිදුවීම ද ඵලදායී ලෙස වළක්වයි. ඊට අමතරව, PG වර්ධන පරිසරයේ C/Si අනුපාතය ද වැඩි කරයි, විශේෂයෙන් බීජ ස්ඵටික අතුරුමුහුණතේ ඉදිරිපස කෙළවරේ, එය වර්ධන ක්රියාවලියේදී අදියර වෙනස් වීම සිදුවීම අඩු කිරීමට උපකාරී වේ. ඒ සමඟම, PG හි තාප පරිවාරක බලපෑම අමුද්රව්යයේ ඉහළ කොටසේ නැවත ස්ඵටිකීකරණය සිදුවීම යම් ප්රමාණයකට අඩු කරයි. ස්ඵටික වර්ධනය සඳහා, PG ස්ඵටික වර්ධන වේගය මන්දගාමී කරයි, නමුත් වර්ධන අතුරුමුහුණත වඩාත් උත්තල වේ. එබැවින්, SiC ස්ඵටිකවල වර්ධන පරිසරය වැඩිදියුණු කිරීමට සහ ස්ඵටික ගුණාත්මකභාවය ප්රශස්ත කිරීමට PG ඵලදායී ක්රමයකි.
පළ කිරීමේ කාලය: 2024 ජූනි-18