Раванди асосииSiCРушди булӯр ба сублиматсия ва таҷзияи ашёи хом дар ҳарорати баланд, интиқоли моддаҳои фазаи газӣ таҳти таъсири градиенти ҳарорат ва афзоиши аз нав кристаллизатсияи моддаҳои фазаи газӣ дар булӯри тухмӣ тақсим мешавад. Бар асоси ин, қисми дохилии тигел ба се қисм тақсим мешавад: майдони ашёи хом, камераи афзоиш ва булӯри тухмӣ. Модели рақамии симулятсия дар асоси муқовимати воқеӣ тартиб дода шудааст.SiCтаҷҳизоти парвариши монокристаллӣ (нигаред ба расми 1). Дар ҳисобкунӣ: поёнитачаз поёни гармкунаки паҳлӯӣ 90 мм дуртар ҷойгир аст, ҳарорати болоии тигель 2100 ℃, диаметри зарраҳои ашёи хом 1000 мкм, сӯрохнокӣ 0,6, фишори афзоиш 300 Па ва вақти афзоиш 100 соат аст. Ғафсии PG 5 мм, диаметр ба диаметри дарунии тигель баробар аст ва он 30 мм болотар аз ашёи хом ҷойгир аст. Равандҳои сублиматсия, карбонизатсия ва аз нав кристаллизатсияи минтақаи ашёи хом ҳангоми ҳисобкунӣ ба назар гирифта мешаванд ва реаксияи байни моддаҳои PG ва фазаи газӣ ба назар гирифта намешавад. Параметрҳои хосиятҳои физикии марбут ба ҳисобкунӣ дар Ҷадвали 1 нишон дода шудаанд.
Расми 1 Модели ҳисобкунии симулятсия. (а) Модели майдони гармӣ барои симулятсияи афзоиши кристаллҳо; (б) Тақсимоти майдони дохилии тигел ва масъалаҳои физикии марбут ба он
Ҷадвали 1 Баъзе параметрҳои физикие, ки дар ҳисобкунӣ истифода шудаанд
Расми 2(а) нишон медиҳад, ки ҳарорати сохтори дорои PG (ки ҳамчун сохтори 1 нишон дода шудааст) нисбат ба сохтори бе PG (ки ҳамчун сохтори 0 нишон дода шудааст) дар поёнтар аз PG ва нисбат ба сохтори 0 дар болои PG пасттар аст. Градиенти умумии ҳарорат меафзояд ва PG ҳамчун агенти гармидиҳанда амал мекунад. Мувофиқи расмҳои 2(b) ва 2(c), градиентҳои ҳарорати меҳварӣ ва радиалии сохтори 1 дар минтақаи ашёи хом хурдтаранд, тақсимоти ҳарорат яксонтар аст ва сублиматсияи мавод пурратар аст. Бар хилофи минтақаи ашёи хом, Расми 2(c) нишон медиҳад, ки градиенти ҳарорати радиалӣ дар кристалли тухмии сохтори 1 калонтар аст, ки метавонад аз таносуби гуногуни режимҳои гуногуни интиқоли гармӣ ба вуҷуд ояд, ки ба афзоиши кристалл бо интерфейси барҷаста мусоидат мекунад. Дар расми 2(d), ҳарорат дар мавқеъҳои гуногун дар тигел тамоюли афзоишро бо пешрафти афзоиш нишон медиҳад, аммо фарқияти ҳарорат байни сохтори 0 ва сохтори 1 дар минтақаи ашёи хом тадриҷан кам мешавад ва дар камераи афзоиш тадриҷан меафзояд.
Расми 2 Тақсимоти ҳарорат ва тағйирот дар дег. (а) Тақсимоти ҳарорат дар дохили дегхонаи сохтори 0 (чап) ва сохтори 1 (рост) дар 0 соат, воҳид: ℃; (б) Тақсимоти ҳарорат дар хати марказии дегхонаи сохтори 0 ва сохтори 1 аз поёни ашёи хом то кристалли тухмӣ дар 0 соат; (в) Тақсимоти ҳарорат аз марказ то канори дегхона дар сатҳи кристалли тухмӣ (А) ва сатҳи ашёи хом (B), миёна (C) ва поён (D) дар 0 соат, меҳвари уфуқӣ r радиуси кристалли тухмӣ барои A ва радиуси майдони ашёи хом барои B~D мебошад; (г) Тағйироти ҳарорат дар маркази қисми болоӣ (А), сатҳи ашёи хом (B) ва миёна (C)-и камераи афзоиши сохтори 0 ва сохтори 1 дар 0, 30, 60 ва 100 соат.
Расми 3 интиқоли маводро дар вақтҳои гуногун дар таги сохтори 0 ва сохтори 1 нишон медиҳад. Суръати ҷараёни маводи фазаи газӣ дар минтақаи ашёи хом ва камераи афзоиш бо афзоиши мавқеъ меафзояд ва интиқоли мавод бо пешрафти афзоиш суст мешавад. Расми 3 инчунин нишон медиҳад, ки дар шароити симулятсия, маводи хом аввал дар девори паҳлӯии таги ва сипас дар поёни таги графитизатсия мешавад. Илова бар ин, дар сатҳи ашёи хом аз нав кристаллизатсия ба амал меояд ва он бо пешрафти афзоиш тадриҷан ғафс мешавад. Расми 4(а) ва 4(б) нишон медиҳанд, ки суръати ҷараёни мавод дар дохили ашёи хом бо пешрафти афзоиш коҳиш меёбад ва суръати ҷараёни мавод дар 100 соат тақрибан 50% лаҳзаи ибтидоиро ташкил медиҳад; аммо, суръати ҷараён дар канор аз сабаби графитизатсияи маводи хом нисбатан калон аст ва суръати ҷараён дар канор беш аз 10 маротиба аз суръати ҷараён дар минтақаи миёна дар 100 соат зиёдтар аст; Илова бар ин, таъсири PG дар сохтори 1 суръати ҷараёни маводро дар минтақаи ашёи хоми сохтори 1 нисбат ба сохтори 0 пасттар мекунад. Дар расми 4(c), ҷараёни мавод ҳам дар минтақаи ашёи хом ва ҳам дар камераи афзоиш бо пешрафти афзоиш тадриҷан суст мешавад ва ҷараёни мавод дар минтақаи ашёи хом коҳиш меёбад, ки ин аз кушода шудани канали ҷараёни ҳаво дар канори тигель ва монеаи аз нав кристаллшавӣ дар боло ба вуҷуд меояд; дар камераи афзоиш, суръати ҷараёни маводи сохтори 0 дар 30 соати аввал босуръат то 16% коҳиш меёбад ва дар вақти баъдӣ танҳо 3% кам мешавад, дар ҳоле ки сохтори 1 дар тӯли раванди афзоиш нисбатан устувор боқӣ мемонад. Аз ин рӯ, PG ба устувор шудани суръати ҷараёни мавод дар камераи афзоиш мусоидат мекунад. Расми 4(d) суръати ҷараёни маводро дар фронти афзоиши кристалл муқоиса мекунад. Дар лаҳзаи аввал ва 100 соат, интиқоли мавод дар минтақаи афзоиши сохтори 0 нисбат ба сохтори 1 қавитар аст, аммо дар канори сохтори 0 ҳамеша минтақаи ҷараёни баланд мавҷуд аст, ки боиси афзоиши аз ҳад зиёд дар канор мегардад. Мавҷудияти PG дар сохтори 1 ин падидаро самаранок пахш мекунад.
Расми 3. Ҷараёни мавод дар тигель. Хатҳои ҷараён (чап) ва векторҳои суръат (рост)-и интиқоли маводи газ дар сохторҳои 0 ва 1 дар вақтҳои гуногун, воҳиди вектори суръат: м/с
Расми 4 Тағйирот дар суръати ҷараёни мавод. (а) Тағйирот дар тақсимоти суръати ҷараёни мавод дар мобайни ашёи хоми сохтори 0 дар 0, 30, 60 ва 100 соат, r радиуси майдони ашёи хом аст; (б) Тағйирот дар тақсимоти суръати ҷараёни мавод дар мобайни ашёи хоми сохтори 1 дар 0, 30, 60 ва 100 соат, r радиуси майдони ашёи хом аст; (в) Тағйирот дар суръати ҷараёни мавод дар дохили камераи афзоиш (A, B) ва дар дохили ашёи хом (C, D) сохторҳои 0 ва 1 дар тӯли вақт; (г) Тақсимоти суръати ҷараёни мавод дар наздикии сатҳи булӯри тухмии сохторҳои 0 ва 1 дар 0 ва 100 соат, r радиуси булӯри тухмӣ аст
C/Si ба устувории кристаллӣ ва зичии нуқсони афзоиши кристаллии SiC таъсир мерасонад. Расми 5(a) тақсимоти таносуби C/Si-и ду сохторро дар лаҳзаи аввал муқоиса мекунад. Таносуби C/Si тадриҷан аз поён то болои тигель кам мешавад ва таносуби C/Si-и сохтори 1 ҳамеша нисбат ба сохтори 0 дар мавқеъҳои гуногун баландтар аст. Расми 5(b) ва 5(c) нишон медиҳанд, ки таносуби C/Si бо афзоиш тадриҷан меафзояд, ки ин бо афзоиши ҳарорати дохилӣ дар марҳилаи баъдии афзоиш, тақвияти графитизатсияи ашёи хом ва аксуламали ҷузъҳои Si дар фазаи газӣ бо тигельи графит алоқаманд аст. Дар расми 5(d), таносуби C/Si-и сохтори 0 ва сохтори 1 дар поёнтар аз PG (0, 25 мм) хеле фарқ мекунад, аммо дар боло аз PG (50 мм) каме фарқ мекунад ва фарқият ҳангоми наздик шудан ба кристалл тадриҷан меафзояд. Умуман, таносуби C/Si-и сохтори 1 баландтар аст, ки ба устувории шакли кристалл ва коҳиш додани эҳтимолияти гузариши фаза мусоидат мекунад.
Расми 5 Тақсимот ва тағйироти таносуби C/Si. (а) Тақсимоти таносуби C/Si дар тачҳои сохтори 0 (чап) ва сохтори 1 (рост) дар 0 соат; (б) Таносуби C/Si дар масофаҳои гуногун аз хати марказии тачҳои сохтори 0 дар вақтҳои гуногун (0, 30, 60, 100 соат); (в) Таносуби C/Si дар масофаҳои гуногун аз хати марказии тачҳои сохтори 1 дар вақтҳои гуногун (0, 30, 60, 100 соат); (г) Муқоисаи таносуби C/Si дар масофаҳои гуногун (0, 25, 50, 75, 100 мм) аз хати марказии тачҳои сохтори 0 (хати яклухт) ва сохтори 1 (хати пунктир) дар вақтҳои гуногун (0, 30, 60, 100 соат).
Расми 6 тағйирот дар диаметри зарраҳо ва сӯрохии минтақаҳои ашёи хоми ду сохторро нишон медиҳад. Расм нишон медиҳад, ки диаметри ашёи хом кам мешавад ва сӯрохии он дар наздикии девори тигель меафзояд ва сӯрохии канорҳо бо пешрафти афзоиш афзоиш меёбад ва диаметри зарраҳо бо коҳиши он идома меёбад. Сӯрохии максималии канорҳо дар 100 соат тақрибан 0,99 ва диаметри ҳадди ақали зарраҳо тақрибан 300 мкм аст. Диаметри зарраҳо меафзояд ва сӯрохии он дар сатҳи болоии ашёи хом коҳиш меёбад, ки ба рекристаллизатсия мувофиқат мекунад. Ғафсии минтақаи рекристаллизатсия бо пешрафти афзоиш меафзояд ва андозаи зарраҳо ва сӯрохии он тағйир меёбад. Диаметри ҳадди аксар зарраҳо ба зиёда аз 1500 мкм мерасад ва сӯрохии ҳадди ақал 0,13 аст. Илова бар ин, азбаски PG ҳарорати минтақаи ашёи хомро зиёд мекунад ва сершавии газ ночиз аст, ғафсии рекристаллизатсияи қисми болоии ашёи хоми сохтори 1 ночиз аст, ки суръати истифодаи ашёи хомро беҳтар мекунад.
Расми 6 Тағйирот дар диаметри зарраҳо (чап) ва сӯрохии (рост) майдони ашёи хоми сохтори 0 ва сохтори 1 дар вақтҳои гуногун, воҳиди диаметри зарраҳо: мкм
Расми 7 нишон медиҳад, ки сохтори 0 дар аввали афзоиш каҷ мешавад, ки ин метавонад бо суръати аз ҳад зиёди ҷараёни мавод, ки аз графитизатсияи канори ашёи хом ба вуҷуд омадааст, алоқаманд бошад. Дараҷаи каҷшавӣ дар раванди минбаъдаи афзоиш суст мешавад, ки ба тағирёбии суръати ҷараёни мавод дар пеши афзоиши кристаллии сохтори 0 дар расми 4 (d) мувофиқат мекунад. Дар сохтори 1, аз сабаби таъсири PG, интерфейси кристалл каҷшавиро нишон намедиҳад. Илова бар ин, PG инчунин суръати афзоиши сохтори 1-ро нисбат ба сохтори 0 ба таври назаррас пасттар мекунад. Ғафсии маркази кристалли сохтори 1 пас аз 100 соат танҳо 68% ғафсии сохтори 0-ро ташкил медиҳад.
Расми 7 Тағйироти байни кристаллҳои сохтори 0 ва сохтори 1 дар 30, 60 ва 100 соат
Афзоиши кристаллҳо дар шароити раванди симулятсияи рақамӣ анҷом дода шуд. Кристаллҳое, ки аз ҷониби сохтори 0 ва сохтори 1 парвариш карда шудаанд, мутаносибан дар расми 8(a) ва расми 8(b) нишон дода шудаанд. Кристалли сохтори 0 интерфейси коҷро бо мавҷҳо дар минтақаи марказӣ ва гузариши фаза дар канор нишон медиҳад. Қабати сатҳӣ дараҷаи муайяни нобаробариро дар интиқоли маводҳои фазаи газӣ нишон медиҳад ва пайдоиши гузариши фаза ба таносуби пасти C/Si мувофиқат мекунад. Сатҳи кристалли парваришёфта аз ҷониби сохтори 1 каме қафас аст, гузариши фаза пайдо намешавад ва ғафсӣ 65% кристаллро бе PG ташкил медиҳад. Умуман, натиҷаҳои афзоиши кристалл ба натиҷаҳои симулятсия мувофиқат мекунанд, бо фарқияти калонтари ҳарорати радиалӣ дар интерфейси кристаллии сохтори 1, афзоиши босуръат дар канор пахш мешавад ва суръати умумии ҷараёни мавод сусттар аст. Тамоюли умумӣ бо натиҷаҳои симулятсияи рақамӣ мувофиқ аст.
Расми 8 Кристаллҳои SiC, ки дар зери сохтори 0 ва сохтори 1 парвариш карда мешаванд
Хулоса
PG ба беҳтар шудани ҳарорати умумии минтақаи ашёи хом ва беҳтар шудани якрангии ҳарорати меҳварӣ ва радиалӣ мусоидат мекунад, ки сублиматсия ва истифодаи пурраи ашёи хомро мусоидат мекунад; фарқияти ҳарорати боло ва поён меафзояд ва градиенти радиалии сатҳи кристалли тухмӣ меафзояд, ки ба нигоҳ доштани афзоиши интерфейси барҷаста мусоидат мекунад. Аз ҷиҳати интиқоли масса, ворид кардани PG суръати умумии интиқоли массаро коҳиш медиҳад, суръати ҷараёни мавод дар камераи афзоиш, ки дорои PG мебошад, бо мурури замон камтар тағйир меёбад ва тамоми раванди афзоиш устувортар аст. Дар айни замон, PG инчунин ба таври муассир пайдоиши интиқоли аз ҳад зиёди массаи канорро пешгирӣ мекунад. Илова бар ин, PG инчунин таносуби C/Si-и муҳити афзоишро, махсусан дар канори пеши интерфейси кристалли тухмӣ, зиёд мекунад, ки ба коҳиш додани пайдоиши тағирёбии фаза ҳангоми раванди афзоиш мусоидат мекунад. Дар айни замон, таъсири изолятсияи гармии PG пайдоиши кристаллизатсияро дар қисми болоии ашёи хом то андозае коҳиш медиҳад. Барои афзоиши кристалл, PG суръати афзоиши кристаллро суст мекунад, аммо интерфейси афзоиш барҷастатар аст. Аз ин рӯ, PG воситаи муассир барои беҳтар кардани муҳити афзоиши кристаллҳои SiC ва беҳтар кардани сифати кристалл мебошад.
Вақти нашр: 18 июни соли 2024