共查询到17条相似文献,搜索用时 476 毫秒
1.
强化换热对CdZnTe晶体生长过程的影响 总被引:3,自引:0,他引:3
为了优化CdZnTe晶体生长过程的工艺参数,利用数值模拟方法研究了强化换热对晶体生长过程固液界面凹陷、溶质组分偏析的影响.结果表明:当坩埚轴向散热强度大幅度增加时,固液界面前沿的对流显著增强;随着凝固过程的进行,固液界面凹陷深度先是显著减小,随后显著增加;晶体起始段溶质组分的径向偏析明显减小,溶质组分轴向等浓度区增长.当坩埚侧面径向散热强度增加时,固液界面前沿的对流和界面凹陷深度先是有所减弱,随后又有较大增加.当坩埚内壁碳膜厚度增加时,界面前沿的对流强度显著减弱,而固液界面凹陷深度明显增加.径向散热和碳膜厚度的增加皆不能明显影响晶体内溶质组分分布. 相似文献
2.
垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体的径向溶质偏析之有限元分析法模拟 总被引:1,自引:0,他引:1
运用有限元分析软件Comsol Multiphys-ics,结合晶体生长固液界面曲率分析法,模拟了垂直布里奇曼法生长Cd0.9Zn0.1Te(CZT)晶体。研究了固液界面处曲率变化对于溶质径向偏析的影响,揭示了界面曲率与溶质偏析的内在关联性,并计算了数值。分析了3种晶体生长方式:(1)坩埚匀速生长;(2)两阶段坩埚变速生长;(3)坩埚回熔生长分别对于溶质偏析的影响。采用扫描电子显微镜SEM中的能谱仪EDX测量3种工艺的Zn组分分布:(1)模拟值比对实验结果发现可以运用固液界面的曲率平均值来推算溶质径向组分偏差的大小;(2)模拟推算的溶质径向偏差值更加接近于实验所得的溶质组分偏差最大值;(3)坩埚回熔生长法生长晶体的固液界面的波动性小,界面稳定性最好,溶质径向组分偏差也最小。 相似文献
3.
温度梯度和生长速率对CdZnTe-VBM生长晶体的影响 总被引:3,自引:0,他引:3
计算模拟了半导体材料CdZnTe垂直布里奇曼法(CdZnTe-VBM)单晶体生长过程,分析了炉膛温度梯度和坩埚移动速率对结晶界面形态和晶体内组份偏析的影响。计算结果表明炉膛温度梯度和生长速率的变化明显影响固-液界面前沿对流场的形态和强度。界面凹陷深度随着炉膛温度梯度的增加和生长速率减小而减小。炉膛温度梯度的增加和生长速率的减小虽然均能有效的减小径向偏析,但却增加轴向偏析,减小轴向等浓度区的长度。 相似文献
4.
太赫兹(Terahertz,THz)技术在工业无损检测、科学研究和军事领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料,ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶,本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术,制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布,研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律,证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动,改善溶质传质能力,稳定溶液法晶体生长的固液界面,不仅避免出现尾部混合相区,也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数,制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(?60 mm)。同时,得益于晶体良好的均匀性,晶体对太赫兹的高响应区域超过90%,边缘效应小,满足太赫兹成像要求。研究表明,引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。 相似文献
5.
氧化物共晶陶瓷具有优异的超高温力学性能和抗氧化性。为获得具有精细组织的共晶陶瓷,采用有限元法计算模拟了Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷的区域熔炼定向凝固过程。计算结果表明,热重引起的自然对流,呈逆时针环形流,整个凝固过程中流动强度先减小后增大,固液界面呈明显的凹形界面。ACRT强迫对流的特征为逆时针、顺时针对流胞交替呈现,强度比自然对流大1~2个数量级。施加ACRT后,凝固过程中固液界面仍然呈凹形界面,但是凹陷深度显著减小;当坩埚最大转速增大时,对流强度显著增加,固液界面的凹陷深度进一步减小,直至趋近于平界面。 相似文献
6.
7.
采用低雷诺数κ-ε紊流模型,模拟了直拉法坩埚内加入间壁后硅熔体的流动和氧的输运情况。分析了不同的间壁长度、间壁位置、晶体转速、坩埚转速和温度边界条件对流场和浓度场的影响。结果表明:变化间壁的长度和位置,硅熔体流动有较大的变化;间壁的长度变短,熔体-晶体界面的氧浓度增加;增加间壁与坩埚中心轴的距离,熔体-晶体界面的氧浓度降低;增加晶体转速或坩埚转速能提高熔体-晶体界面氧浓度的径向分布均匀性;增加坩埚侧壁与熔体-晶体界面的温差,流动增强,熔体-晶体界面的氧浓度增大。 相似文献
8.
引入自然对流换热系数 ,将固液蓄能数学模型简化为仅用能量方程加以描述。并通过实验测得相变过程的实际温度场 ,证明了自然对流固液相变换热的影响不可忽略 ,验证了固液相变界面移动速率随自然对流换热系数的增大而增大的定性关系 相似文献
9.
10.
采用低雷诺数κ-ε湍流模型,模拟了双坩埚LEC法砷化镓熔体的流动与传热传质。分析了不同晶体转速、内坩埚转速、外坩埚转速条件下的熔体流动与传热,获得了考虑溶质分凝效应后的Si掺杂在砷化镓熔体中的分布。结果表明:随着晶体转速的增大,生长界面附近等温线更加平直且等温线密度增大;随着内坩埚转速的增大,生长界面附近等温线凸向熔体;外坩埚转速对生长界面等温线形状影响很小;Si在熔体中的质量浓度梯度除生长界面和补充熔体进口处较大外,主要集中在小管内及其附近。 相似文献
11.
12.
Torbjörn Carlberg 《Microgravity science and technology》2005,16(1-4):35-39
Under conditions of weak convection in the liquid during metal solidification and crystal growth, large chemical inhomogeneities can occur due to insufficient mixing of the melt. In this project a series of experiments with increasing melt flow, driven by thermo-capillary forces, have been performed in a Get Away Special flight. The level of convection was evaluated quantitatively from analysis of axial segregation profiles. As expected a significantly stronger radial segregation has occurred in the space grown material compared to ground based reference experiments. It was also found that there was a shift of the position of maximum concentration when the flow was increased. Unexpected axial solute maxima were also revealed in the space samples. A comparison was made to numerical simulations, and good correlations were found to first order effects. 相似文献
13.
在垂直布里奇曼法(VBM)晶体生长的过程中,坩埚下降速度和晶体生长速度之间的关系对生长出来的晶体质量有很大的影响。本文采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,主要研究了不同的坩埚下降速度对生长过程中晶体生长速度及固液界面形状的影响,发现材料的热导率和相变潜热的比值是影响固液界面形状的主要内因。模拟结果表明,当坩埚下降速度Vp≈1mm/h时,其数值与晶体生长速度接近相等,可获得接近水平的固-液界面。实际的晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致。因此,通过适当的选择和调节坩埚下降速度是获得高质量晶体的可行技术方案。 相似文献
14.
《International Journal of Engineering Science》2006,44(8-9):554-573
The article presents results of the numerical simulations carried out for the transport phenomena occurring during the Czochralski crystal growth process. Due to computational constraints, the simulations were kept limited to axisymmetric geometries. The simulation model gives special attention to the crystal–melt interface and oxygen transport, and treats the crystal–melt interface according to Stefan’s balance, by explicitly moving the grids. Oxygen evaporation at the free surface is expressed by balancing the corresponding fluxes. Marangoni convection due to temperature gradients is also incorporated into the model. The role of an applied axial magnetic field in controlling fluid flow, interface shape, and oxygen levels is studied in detail. The effect of crystal and crucible rotations is also examined under the influence of the magnetic field. Simulation results show that the application of an axial magnetic field leads to flatter interfaces and lower oxygen concentration levels, but makes the oxygen distribution non-uniform at the crystal–melt interface. 相似文献
15.
在传统能源日渐消耗及可再生能源开发利用日趋受到重视的形势下,太阳能光伏发电逐渐成为最具潜力的可再生能源技术之一。多晶硅凭借高效率、低成本的优势成为最主要的光伏材料,其铸锭的品质和成本将直接影响太阳能电池的成本和光电转换效率。定向凝固法是制备多晶硅铸锭的重要方法,该方法晶硅生长过程中存在很多问题,包括熔体流动、杂质传输、固液界面的形状和结构以及缺陷。定向凝固过程中引入的有害杂质严重影响晶硅的机械和电学性能,是限制多晶硅光电转换效率的关键因素。长晶过程中定向凝固炉处于高温环境中,内部的传热传质极其复杂,不具备单一的线性关系和可推断性,且难于进行实验测量,因而数值模拟是研究定向凝固过程中传热传质现象的重要方式。降低长晶过程中杂质的含量可从两方面入手:(1)杂质的来源——原材料本身所携带的杂质和长晶过程中生成的杂质;(2)杂质的输运——找到杂质在熔体和氩气中的输运规律,并利用该规律控制杂质的分凝与输运。近年来,从控制杂质产生和输运的角度考虑,国内外对降低多晶硅中有害杂质的研究主要采用以下手段:(1)控制杂质产生,包括减缓坩埚与挡板之间的化学反应、优化顶部坩埚盖板、增设碳化硅涂层等;(2)优化氩气流动,例如使用导流系统、调整炉膛压力和氩气流量;(3)优化熔体对流形式,包括控制熔体流动方式及分凝、调整加热器功率大小及其排布、采用可旋转坩埚和调整石墨碳毡位置等。为进一步降低定向凝固法多晶硅铸锭成本,坩埚尺寸和投料量不断增大,熔体对流、杂质输运和界面形状也更加难于控制,外加磁场则成为控制熔体对流的一种强有力工具,并能进一步控制杂质输运。目前利用外加磁场控制定向凝固法多晶硅杂质的研究仍刚刚起步,具有很大的研究价值,其中电磁场(EMF)和行波磁场(TMF)在控制搅拌熔体对流方面具有巨大潜力,逐渐被用于多晶硅长晶过程。本文在深入分析杂质来源和输运机理的基础上,综述了国内外对多晶硅定向凝固过程中有害杂质的产生、分布、输运以及排出等问题的研究现状,总结了数值模拟中氩气导流系统、加热器以及外加磁场等因素对杂质的影响。 相似文献
16.
17.
借助有限元法,在常重力条件下对分离结晶过程进行全局数值模拟,研究了狭缝宽度及坩埚半径对CdZnTe晶体生长过程中整体传热与流动特性的影响。模拟结果表明系统内传热特性、熔体流型与狭缝宽度及坩埚半径密切相关:(1)狭缝宽度对分离结晶有决定性的作用,当狭缝宽度较小时,气-液弯界面两端的温差很小,导致增大晶体重新粘附于坩埚壁面的风险;随着狭缝宽度的增大,流动不稳定性增加,很难保持稳定的气-液弯界面形状,增加了实现晶体稳定生长的难度;(2)随着坩埚半径增大,Marangoni对流对熔体流动影响逐渐增大,结晶界面附近的熔体流动不稳定性增加,这不利于晶体的稳定生长。 相似文献