ప్రాథమిక ప్రక్రియSiCస్ఫటిక వృద్ధిని అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ముడి పదార్థాల ఉత్పతనం మరియు విఘటనం, ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత చర్య కింద వాయు దశ పదార్థాల రవాణా, మరియు బీజ స్ఫటికం వద్ద వాయు దశ పదార్థాల పునఃస్ఫటికీకరణ వృద్ధిగా విభజించారు. దీని ఆధారంగా, మూస లోపలి భాగాన్ని మూడు భాగాలుగా విభజించారు: ముడి పదార్థాల ప్రాంతం, వృద్ధి గది మరియు బీజ స్ఫటికం. వాస్తవ నిరోధకత ఆధారంగా ఒక సంఖ్యాత్మక అనుకరణ నమూనాను రూపొందించారు.SiCసింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ పరికరాలు (మూర్తి 1 చూడండి). గణనలో: దిగువ భాగంమూససైడ్ హీటర్ అడుగుభాగం నుండి 90 మి.మీ. దూరంలో ఉంది, క్రూసిబుల్ పైభాగం ఉష్ణోగ్రత 2100 ℃, ముడి పదార్థ కణ వ్యాసం 1000 μm, పోరోసిటీ 0.6, గ్రోత్ ప్రెజర్ 300 Pa, మరియు గ్రోత్ సమయం 100 గంటలు. PG మందం 5 మి.మీ., వ్యాసం క్రూసిబుల్ లోపలి వ్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది, మరియు ఇది ముడి పదార్థానికి 30 మి.మీ. పైన ఉంది. లెక్కలో ముడి పదార్థ జోన్ యొక్క సబ్లిమేషన్, కార్బనైజేషన్, మరియు రీక్రిస్టలైజేషన్ ప్రక్రియలను పరిగణనలోకి తీసుకున్నారు, మరియు PG మరియు వాయు దశ పదార్థాల మధ్య చర్యను పరిగణనలోకి తీసుకోలేదు. లెక్కలకు సంబంధించిన భౌతిక లక్షణాల పారామీటర్లు పట్టిక 1లో చూపబడ్డాయి.

పటం 1 అనుకరణ గణన నమూనా. (ఎ) స్ఫటిక వృద్ధి అనుకరణ కోసం ఉష్ణ క్షేత్ర నమూనా; (బి) మూస యొక్క అంతర్గత వైశాల్య విభజన మరియు సంబంధిత భౌతిక సమస్యలు
పట్టిక 1 గణనలో ఉపయోగించిన కొన్ని భౌతిక పారామితులు

పటం 2(a) ప్రకారం, PG దిగువన PG-కలిగిన నిర్మాణం (నిర్మాణం 1గా సూచించబడింది) యొక్క ఉష్ణోగ్రత, PG-లేని నిర్మాణం (నిర్మాణం 0గా సూచించబడింది) కంటే ఎక్కువగాను, మరియు PG పైన నిర్మాణం 0 కంటే తక్కువగాను ఉంటుంది. మొత్తం ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత పెరుగుతుంది, మరియు PG ఒక ఉష్ణ-నిరోధక కారకంగా పనిచేస్తుంది. పటాలు 2(b) మరియు 2(c) ప్రకారం, ముడి పదార్థ మండలంలో నిర్మాణం 1 యొక్క అక్షసంబంధ మరియు వ్యాసార్థసంబంధ ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణతలు తక్కువగా ఉంటాయి, ఉష్ణోగ్రతా పంపిణీ మరింత ఏకరీతిగా ఉంటుంది, మరియు పదార్థం యొక్క ఉత్పతనం మరింత సంపూర్ణంగా ఉంటుంది. ముడి పదార్థ మండలానికి భిన్నంగా, పటం 2(c) ప్రకారం నిర్మాణం 1 యొక్క బీజ స్ఫటికం వద్ద వ్యాసార్థసంబంధ ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత ఎక్కువగా ఉంటుంది, దీనికి కారణం వివిధ ఉష్ణ బదిలీ పద్ధతుల యొక్క విభిన్న నిష్పత్తులు కావచ్చు, ఇది స్ఫటికం ఒక కుంభాకార అంతర్ముఖంతో పెరగడానికి సహాయపడుతుంది. పటం 2(డి)లో, పెరుగుదల పురోగమిస్తున్న కొద్దీ క్రూసిబుల్లోని వివిధ స్థానాలలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతున్న ధోరణిని చూపుతుంది, కానీ నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 మధ్య ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ముడి పదార్థాల జోన్లో క్రమంగా తగ్గి, పెరుగుదల చాంబర్లో క్రమంగా పెరుగుతుంది.
పటం 2 క్రూసిబుల్లో ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ మరియు మార్పులు. (ఎ) 0 గంటల వద్ద నిర్మాణం 0 (ఎడమ) మరియు నిర్మాణం 1 (కుడి) యొక్క క్రూసిబుల్ లోపల ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ, యూనిట్: ℃; (బి) 0 గంటల వద్ద నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 యొక్క క్రూసిబుల్ మధ్య రేఖపై ముడి పదార్థం అడుగు భాగం నుండి సీడ్ క్రిస్టల్ వరకు ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ; (సి) 0 గంటల వద్ద క్రూసిబుల్ మధ్య నుండి అంచు వరకు సీడ్ క్రిస్టల్ ఉపరితలం (A) మరియు ముడి పదార్థం ఉపరితలం (B), మధ్య (C) మరియు అడుగు భాగం (D) లపై ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ, క్షితిజ సమాంతర అక్షం r అనేది A కు సీడ్ క్రిస్టల్ వ్యాసార్థం, మరియు B~D లకు ముడి పదార్థం ప్రాంత వ్యాసార్థం; (డి) 0, 30, 60, మరియు 100 గంటల వద్ద నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 యొక్క గ్రోత్ ఛాంబర్ యొక్క పై భాగం (A), ముడి పదార్థం ఉపరితలం (B) మరియు మధ్య (C) మధ్యలో ఉష్ణోగ్రత మార్పులు.
పటం 3, నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 యొక్క మూసలో వేర్వేరు సమయాల్లో పదార్థ రవాణాను చూపిస్తుంది. ముడి పదార్థ ప్రాంతంలో మరియు పెరుగుదల గదిలో వాయు దశ పదార్థ ప్రవాహ రేటు స్థానం పెరిగేకొద్దీ పెరుగుతుంది, మరియు పెరుగుదల పురోగమిస్తున్న కొద్దీ పదార్థ రవాణా బలహీనపడుతుంది. అనుకరణ పరిస్థితులలో, ముడి పదార్థం మొదట మూస యొక్క పక్క గోడపై, ఆపై మూస అడుగుభాగంలో గ్రాఫైటైజ్ అవుతుందని కూడా పటం 3 చూపిస్తుంది. అదనంగా, ముడి పదార్థం యొక్క ఉపరితలంపై పునఃస్ఫటికీకరణ జరుగుతుంది మరియు పెరుగుదల పురోగమిస్తున్న కొద్దీ అది క్రమంగా మందంగా మారుతుంది. పటాలు 4(ఎ) మరియు 4(బి) చూపిస్తున్నదేమిటంటే, పెరుగుదల పురోగమిస్తున్న కొద్దీ ముడి పదార్థం లోపల పదార్థ ప్రవాహ రేటు తగ్గుతుంది, మరియు 100 గంటల వద్ద పదార్థ ప్రవాహ రేటు ప్రారంభ క్షణంలో సుమారు 50% ఉంటుంది; అయినప్పటికీ, ముడి పదార్థం గ్రాఫైటైజేషన్ కారణంగా అంచు వద్ద ప్రవాహ రేటు సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది, మరియు 100 గంటల వద్ద అంచు వద్ద ప్రవాహ రేటు మధ్య ప్రాంతంలోని ప్రవాహ రేటు కంటే 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది; అదనంగా, నిర్మాణం 1లో PG ప్రభావం వల్ల, నిర్మాణం 1 యొక్క ముడి పదార్థాల ప్రాంతంలో పదార్థ ప్రవాహ రేటు నిర్మాణం 0 కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. పటం 4(c)లో, పెరుగుదల పురోగమిస్తున్న కొద్దీ ముడి పదార్థాల ప్రాంతం మరియు పెరుగుదల గది రెండింటిలోనూ పదార్థ ప్రవాహం క్రమంగా బలహీనపడుతుంది, మరియు ముడి పదార్థాల ప్రాంతంలో పదార్థ ప్రవాహం నిరంతరం తగ్గుతూనే ఉంటుంది. దీనికి కారణం క్రూసిబుల్ అంచున గాలి ప్రవాహ మార్గం తెరుచుకోవడం మరియు పైభాగంలో పునఃస్ఫటికీకరణకు ఆటంకం కలగడం; పెరుగుదల గదిలో, నిర్మాణం 0 యొక్క పదార్థ ప్రవాహ రేటు మొదటి 30 గంటలలో వేగంగా 16%కి తగ్గుతుంది, మరియు ఆ తర్వాత కాలంలో కేవలం 3% మాత్రమే తగ్గుతుంది, అయితే నిర్మాణం 1 పెరుగుదల ప్రక్రియ అంతటా సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, పెరుగుదల గదిలో పదార్థ ప్రవాహ రేటును స్థిరీకరించడానికి PG సహాయపడుతుంది. పటం 4(d) స్ఫటిక పెరుగుదల అంచు వద్ద పదార్థ ప్రవాహ రేటును పోలుస్తుంది. ప్రారంభ క్షణంలో మరియు 100 గంటల వద్ద, నిర్మాణం 0 యొక్క పెరుగుదల మండలంలో పదార్థ రవాణా నిర్మాణం 1 కంటే బలంగా ఉంటుంది, కానీ నిర్మాణం 0 అంచున ఎల్లప్పుడూ అధిక ప్రవాహ రేటు ఉన్న ప్రాంతం ఉంటుంది, ఇది అంచు వద్ద అధిక పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. నిర్మాణం 1లో PG ఉండటం ఈ దృగ్విషయాన్ని సమర్థవంతంగా అణిచివేస్తుంది.

పటం 3 మూసలో పదార్థ ప్రవాహం. వేర్వేరు సమయాల్లో నిర్మాణాలు 0 మరియు 1లో వాయు పదార్థ రవాణా యొక్క ప్రవాహరేఖలు (ఎడమ) మరియు వేగ సదిశలు (కుడి), వేగ సదిశ ప్రమాణం: మీ/సె

పటం 4 పదార్థ ప్రవాహ రేటులో మార్పులు. (ఎ) నిర్మాణం 0 యొక్క ముడి పదార్థం మధ్యలో 0, 30, 60, మరియు 100 గంటల వద్ద పదార్థ ప్రవాహ రేటు పంపిణీలో మార్పులు, r అనేది ముడి పదార్థ ప్రాంతం యొక్క వ్యాసార్థం; (బి) నిర్మాణం 1 యొక్క ముడి పదార్థం మధ్యలో 0, 30, 60, మరియు 100 గంటల వద్ద పదార్థ ప్రవాహ రేటు పంపిణీలో మార్పులు, r అనేది ముడి పదార్థ ప్రాంతం యొక్క వ్యాసార్థం; (సి) కాలక్రమేణా నిర్మాణాలు 0 మరియు 1 యొక్క పెరుగుదల గది (A, B) లోపల మరియు ముడి పదార్థం (C, D) లోపల పదార్థ ప్రవాహ రేటులో మార్పులు; (డి) నిర్మాణాలు 0 మరియు 1 యొక్క విత్తన స్ఫటికం ఉపరితలం దగ్గర 0 మరియు 100 గంటల వద్ద పదార్థ ప్రవాహ రేటు పంపిణీ, r అనేది విత్తన స్ఫటికం యొక్క వ్యాసార్థం.
SiC స్ఫటిక పెరుగుదల యొక్క స్ఫటిక స్థిరత్వం మరియు లోప సాంద్రతను C/Si ప్రభావితం చేస్తుంది. పటం 5(a) ప్రారంభ క్షణంలో రెండు నిర్మాణాల యొక్క C/Si నిష్పత్తి పంపిణీని పోలుస్తుంది. C/Si నిష్పత్తి మూస అడుగు నుండి పైకి క్రమంగా తగ్గుతుంది, మరియు వివిధ స్థానాలలో నిర్మాణం 1 యొక్క C/Si నిష్పత్తి ఎల్లప్పుడూ నిర్మాణం 0 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. పటాలు 5(b) మరియు 5(c) పెరుగుదలతో పాటు C/Si నిష్పత్తి క్రమంగా పెరుగుతుందని చూపిస్తాయి, ఇది పెరుగుదల యొక్క చివరి దశలో అంతర్గత ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల, ముడి పదార్థం యొక్క గ్రాఫైటైజేషన్ వృద్ధి, మరియు వాయు దశలోని Si భాగాల గ్రాఫైట్ మూసతో చర్యకు సంబంధించినది. పటం 5(d)లో, PG (0, 25 mm) కంటే దిగువన నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 యొక్క C/Si నిష్పత్తులు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి, కానీ PG (50 mm) కంటే పైన కొద్దిగా భిన్నంగా ఉంటాయి, మరియు స్ఫటికాన్ని సమీపించే కొద్దీ ఈ వ్యత్యాసం క్రమంగా పెరుగుతుంది. సాధారణంగా, నిర్మాణం 1 యొక్క C/Si నిష్పత్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది స్ఫటిక రూపాన్ని స్థిరీకరించడానికి మరియు దశ పరివర్తన సంభావ్యతను తగ్గించడానికి సహాయపడుతుంది.

పటం 5 C/Si నిష్పత్తి యొక్క పంపిణీ మరియు మార్పులు. (ఎ) 0 గంటల వద్ద నిర్మాణం 0 (ఎడమ) మరియు నిర్మాణం 1 (కుడి) యొక్క క్రూసిబుల్స్లో C/Si నిష్పత్తి పంపిణీ; (బి) వివిధ సమయాలలో (0, 30, 60, 100 గంటలు) నిర్మాణం 0 యొక్క క్రూసిబుల్ మధ్య రేఖ నుండి వివిధ దూరాలలో C/Si నిష్పత్తి; (సి) వివిధ సమయాలలో (0, 30, 60, 100 గంటలు) నిర్మాణం 1 యొక్క క్రూసిబుల్ మధ్య రేఖ నుండి వివిధ దూరాలలో C/Si నిష్పత్తి; (డి) వివిధ సమయాలలో (0, 30, 60, 100 గంటలు) నిర్మాణం 0 (ఘన రేఖ) మరియు నిర్మాణం 1 (చుక్కల రేఖ) యొక్క క్రూసిబుల్ మధ్య రేఖ నుండి వివిధ దూరాలలో (0, 25, 50, 75, 100 మి.మీ.) C/Si నిష్పత్తి యొక్క పోలిక.
పటం 6 రెండు నిర్మాణాల ముడి పదార్థ ప్రాంతాల కణ వ్యాసం మరియు రంధ్రతలో మార్పులను చూపుతుంది. పెరుగుదల కొనసాగుతున్న కొద్దీ, మూస గోడ దగ్గర ముడి పదార్థ వ్యాసం తగ్గి, రంధ్రత పెరుగుతుందని, మరియు అంచు రంధ్రత పెరుగుతూ, కణ వ్యాసం తగ్గుతూ ఉంటుందని ఈ పటం చూపిస్తుంది. 100 గంటల వద్ద గరిష్ట అంచు రంధ్రత సుమారు 0.99గా మరియు కనిష్ట కణ వ్యాసం సుమారు 300 μmగా ఉంటుంది. ముడి పదార్థం యొక్క పై ఉపరితలంపై కణ వ్యాసం పెరిగి, రంధ్రత తగ్గుతుంది, ఇది పునఃస్ఫటికీకరణకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. పెరుగుదల కొనసాగుతున్న కొద్దీ పునఃస్ఫటికీకరణ ప్రాంతం యొక్క మందం పెరుగుతుంది, మరియు కణ పరిమాణం, రంధ్రత మారుతూ ఉంటాయి. గరిష్ట కణ వ్యాసం 1500 μm కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు కనిష్ట రంధ్రత 0.13గా ఉంటుంది. అదనంగా, PG ముడి పదార్థ ప్రాంతం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతుంది మరియు వాయు అతిసంతృప్తత తక్కువగా ఉన్నందున, నిర్మాణం 1 యొక్క ముడి పదార్థం పైభాగంలో పునఃస్ఫటికీకరణ మందం తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ముడి పదార్థ వినియోగ రేటును మెరుగుపరుస్తుంది.
పటం 6 వివిధ సమయాల్లో స్ట్రక్చర్ 0 మరియు స్ట్రక్చర్ 1 యొక్క ముడి పదార్థ ప్రాంతంలో కణ వ్యాసం (ఎడమ) మరియు పోరోసిటీ (కుడి) లో మార్పులు, కణ వ్యాసం యూనిట్: μm
పెరుగుదల ప్రారంభంలో నిర్మాణం 0 వంగిపోతుందని చిత్రం 7 చూపిస్తుంది, ఇది ముడి పదార్థం అంచు యొక్క గ్రాఫైటైజేషన్ వలన కలిగే అధిక పదార్థ ప్రవాహ రేటుకు సంబంధించినది కావచ్చు. తదుపరి పెరుగుదల ప్రక్రియలో వంగే స్థాయి బలహీనపడుతుంది, ఇది చిత్రం 4 (d) లోని నిర్మాణం 0 యొక్క స్ఫటిక పెరుగుదల ముందు భాగంలో పదార్థ ప్రవాహ రేటులో మార్పుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. నిర్మాణం 1లో, PG ప్రభావం కారణంగా, స్ఫటిక ఇంటర్ఫేస్ వంగడాన్ని చూపించదు. అదనంగా, PG నిర్మాణం 1 యొక్క పెరుగుదల రేటును నిర్మాణం 0 కంటే గణనీయంగా తక్కువగా చేస్తుంది. 100 గంటల తర్వాత నిర్మాణం 1 యొక్క స్ఫటికం యొక్క కేంద్ర మందం నిర్మాణం 0లో కేవలం 68% మాత్రమే.

పటం 7 నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 స్ఫటికాలలో 30, 60, మరియు 100 గంటల వద్ద జరిగే అంతర్ముఖ మార్పులు
సంఖ్యాత్మక అనుకరణ యొక్క ప్రక్రియ పరిస్థితులలో స్ఫటిక వృద్ధిని చేపట్టారు. నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 ద్వారా పెరిగిన స్ఫటికాలను వరుసగా చిత్రం 8(a) మరియు చిత్రం 8(b)లలో చూపించారు. నిర్మాణం 0 యొక్క స్ఫటికం పుటాకార అంతర్ముఖాన్ని, మధ్య భాగంలో అలల వంటి ఆకృతులను మరియు అంచు వద్ద దశ పరివర్తనాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. ఉపరితల కుంభాకారత వాయు-దశ పదార్థాల రవాణాలో ఒక నిర్దిష్ట స్థాయి అసజాతీయతను సూచిస్తుంది, మరియు దశ పరివర్తనం సంభవించడం తక్కువ C/Si నిష్పత్తికి అనుగుణంగా ఉంటుంది. నిర్మాణం 1 ద్వారా పెరిగిన స్ఫటికం యొక్క అంతర్ముఖం కొద్దిగా కుంభాకారంగా ఉంది, ఎటువంటి దశ పరివర్తనం కనుగొనబడలేదు, మరియు దాని మందం PG లేని స్ఫటికం మందంలో 65% ఉంది. సాధారణంగా, స్ఫటిక వృద్ధి ఫలితాలు అనుకరణ ఫలితాలకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి, నిర్మాణం 1 యొక్క స్ఫటిక అంతర్ముఖం వద్ద అధిక వ్యాసార్థ ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం, అంచు వద్ద వేగవంతమైన వృద్ధి అణచివేయబడటం, మరియు మొత్తం పదార్థ ప్రవాహ రేటు నెమ్మదిగా ఉండటం వంటి తేడాలు ఉన్నాయి. ఈ మొత్తం ధోరణి సంఖ్యాత్మక అనుకరణ ఫలితాలతో స్థిరంగా ఉంది.

చిత్రం 8 నిర్మాణం 0 మరియు నిర్మాణం 1 కింద పెరిగిన SiC స్ఫటికాలు
ముగింపు
PG ముడి పదార్థ ప్రాంతం యొక్క మొత్తం ఉష్ణోగ్రతను మెరుగుపరచడానికి మరియు అక్షసంబంధ, వ్యాసార్థసంబంధ ఉష్ణోగ్రత ఏకరూపతను మెరుగుపరచడానికి దోహదపడుతుంది, ఇది ముడి పదార్థం యొక్క పూర్తి ఉత్పతనం మరియు వినియోగాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది; పై మరియు దిగువ ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం పెరుగుతుంది, మరియు సీడ్ క్రిస్టల్ ఉపరితలం యొక్క వ్యాసార్థసంబంధ ప్రవణత పెరుగుతుంది, ఇది కుంభాకార ఇంటర్ఫేస్ పెరుగుదలను నిర్వహించడానికి సహాయపడుతుంది. ద్రవ్య బదిలీ పరంగా, PG ప్రవేశపెట్టడం మొత్తం ద్రవ్య బదిలీ రేటును తగ్గిస్తుంది, PG ఉన్న గ్రోత్ ఛాంబర్లో పదార్థ ప్రవాహ రేటు కాలంతో పాటు తక్కువగా మారుతుంది, మరియు మొత్తం పెరుగుదల ప్రక్రియ మరింత స్థిరంగా ఉంటుంది. అదే సమయంలో, PG అధిక అంచు ద్రవ్య బదిలీ సంభవించడాన్ని కూడా సమర్థవంతంగా నిరోధిస్తుంది. అదనంగా, PG పెరుగుదల వాతావరణం యొక్క C/Si నిష్పత్తిని కూడా పెంచుతుంది, ముఖ్యంగా సీడ్ క్రిస్టల్ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క ముందు అంచు వద్ద, ఇది పెరుగుదల ప్రక్రియలో దశ మార్పు సంభవించడాన్ని తగ్గించడానికి సహాయపడుతుంది. అదే సమయంలో, PG యొక్క ఉష్ణ నిరోధక ప్రభావం ముడి పదార్థం యొక్క పై భాగంలో పునఃస్ఫటికీకరణ సంభవించడాన్ని కొంతవరకు తగ్గిస్తుంది. క్రిస్టల్ పెరుగుదల కోసం, PG క్రిస్టల్ పెరుగుదల రేటును నెమ్మదింపజేస్తుంది, కానీ పెరుగుదల ఇంటర్ఫేస్ మరింత కుంభాకారంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, SiC స్ఫటికాల పెరుగుదల వాతావరణాన్ని మెరుగుపరచడానికి మరియు స్ఫటిక నాణ్యతను ఉత్తమంగా చేయడానికి PG ఒక సమర్థవంతమైన సాధనం.
పోస్ట్ చేసిన సమయం: జూన్-18-2024