垂直Bridgman生长CdTe过程的数值模拟

采用Galerkin有限元算法,计算了垂直Bridgman生长CdTe过程中的温场分布、液体流动和固液界面的形状,分析了生长速率、温区分布等参数对固液界面的影响.计算结果表明,较小的生长速率可以获得更为平坦的固液界面,适当增加结晶区域的温度梯度也是改善固液界面形状的一个有效方法.同时,通过对生长系统中的热流分析,表明在生长过程的中间阶段,热量交换主要集中在梯度区附近,而坩埚两端与外部环境的热量交换较少.     

垂直Bridgman生长CdTe过程的数值模拟

采用 Galerkin有限元算法 ,计算了垂直 Bridgman生长 Cd Te过程中的温场分布、液体流动和固液界面的形状 ,分析了生长速率、温区分布等参数对固液界面的影响 .计算结果表明 ,较小的生长速率可以获得更为平坦的固液界面 ,适当增加结晶区域的温度梯度也是改善固液界面形状的一个有效方法 .同时 ,通过对生长系统中的热流分析 ,表明在生长过程的中间阶段 ,热量交换主要集中在梯度区附近 ,而坩埚两端与外部环境的热量交换较少     

多晶硅铸锭过程中的籽晶熔化控制

对本文所述太阳能电池用多晶硅铸锭炉型中的熔化段固液界面形状进行数值模拟和实验分析,研究热场结构及化料温度对籽晶保存效果的影响。研究结果表明,通过在熔化后期提前打开百叶进行散热并对百叶开度和化料温度进行合理控制,能够有效降低熔化后期的化料速率并获得相对较为平坦的籽晶熔化界面形状,从而在工业生产过程中提高成功保晶的概率并增加籽晶保存面积。     

10cm VGF法GaAs单晶生长过程中热应力的数值模拟

采用数值模拟技术模拟了10cm(4 in)VOF法GaAs单晶生长过程中的温场分布、固液界面形貌以及热应力分布.推导得到了固液界面形状与轴向温度梯度和径向温度梯度之间的关系,定义了一个固液界面形状函数,用以表征固液界面偏离度.固液界面偏离度可定义为晶体边缘和晶体中心轴向位置的差值.计算得到固液界面凹(凸)度的临界值,小于该值时,固液界面附近的热应力低于临界分解剪切应力(CRSS).模拟计算了两个时刻的晶体中的热应力分布:当偏离度大于临界值时,晶体中的热应力大于CRSS,反之,晶体中的热应力小于CRSS,验证了理论推导的结果.     

碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究北大核心CSCD

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。     

垂直Bridgman法生长碲锌镉晶体的数值模拟分析

利用FIDAP数值软件,详细地模拟分析了垂直Bridgman法生长碲锌镉晶体过程,讨论了碲锌镉材料潜热释放及熔体对流对安瓿边界的温场分布的影响,分析了5 K/cm、10 K/cm、15 K/cm三种不同温度梯度条件对固液界面的影响.结果表明:在所采用的模型计算条件下,潜热释放及熔体对流对安瓿边界的温场分布有很小的影响;在生长初期和末期,固液界面变化比较剧烈;随着温度梯度的加大,在生长中期,界面凹向固态区的趋势减小,界面凹向液态区的趋势加大.     

多晶硅铸锭温场分布的理论模拟与分析

采用二维轴对称近似的有限元法对DSS450型铸锭炉的温场分布进行理论模拟。对比分析了长晶过程中不同阶段的固液界面形状变化。随着长晶的持续进行,固液界面形状变得越平整,坩埚附近向内生长的晶体范围也变得越大。固液界面形状的变化会引起晶体生长方向的改变,出现晶体向内生长方式与向外生长方式的竞争现象,这种竞争的结果将导致位错、小晶粒的形成以及杂质的聚集。对硅锭中不同位置的硅片进行了电池试制,结果显示:位于硅块底部的硅片电池转换效率要高于位于硅块顶部的硅片电池转换效率;中央硅块的硅片电池转换效率要高于边缘硅块的硅片电池转换效率。最后模拟分析了工艺参数对固液界面形状的影响,并讨论了如何通过调整工艺参数来降低不同位置硅片间的质量差异。     

InSb晶体生长固液界面控制技术研究

在固液界面控制方面,对Si等成熟半导体的研究较多,而对锑化铟(InSb)材料的研究极少。对InSb晶体等径段生长过程中晶体拉速、转速和坩埚转速对固液界面形状的影响进行了模拟分析以及实际的晶体生长实验。结果表明,这三个生长参数对固液界面形状的平稳控制具有一定的效果。获得了平稳固液界面控制方法,为后续生长更低位错密度、更均匀径向电学参数分布的InSb材料打下了基础。     

垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件优化

分析了利用垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件,如坩埚的材质和形状、炉体温场、固液界面形状、生长速率以及采用籽晶等生长条件对晶体单晶率和质量的影响,并提出了优化垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体的条件。     

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时固液界面形状的控制

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,研究了不同因素对生长过程中固液界面形状的影响.模拟结果表明,当坩埚下降速度约为1mm/h时,可获得接近水平的固-液界面.晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致.因此,通过适当选择和调节坩埚下降速度可获得高质量晶体.     

重掺锑单晶硅及其掺杂和生长方法

叙述了生长重掺锑单晶硅的必要性,困难性和克服这些困难的方法;还叙述了生长重掺锑单晶硅时固-液界面对晶体生长的影响以及如何获得理想的界面形状,介绍了一些典型的晶体生长参数和掺杂方法;讲座了生长重掺锑单晶硅时的组分过冷以及避免的方法.还讨论了如何提高重掺锑单晶硅的晶体完整性,指出了生长重掺锑单晶硅的关键在于找到形成稳定固--液界面的条件,防止组分过冷的发生,为此,要使用较小的晶体生长速度,在较大的纵向温度梯度热场中生长晶体,此外,应在满足晶体电阻率要求的前提下,尽量使掺入锑量控制在最低限度.     

Analysis of impurity concentration distributions in pulled semiconductor crystals

InSb and GaSb single crystals were grown by the Czochralski method. The impurity concentration distribution in the melt and crystal was investigated experimentally and computationally as a function of the interface segregation coefficient, the shape of the solid-liquid interface and the growth rate. It was found that the impurity concentration distribution in the melt was largely influenced by the interface segregation coefficient; the impurity concentration in the crystal increased as the shape of the solid-liquid interface became more planar and also as the growth rate increased; the impurity concentration was more markedly influenced by the growth rate than by the shape of the solid-liquid interface. When the growth rate was large, the impurity concentration increased and the shape of the solid-liquid interface was concave toward the melt near the crystal periphery. When the growth rate was small, the impurity concentration decreased and the shape of the solid-liquid interface was convex toward the melt.     

垂直Bridgman法生长氟化钙晶体的数值分析

利用Fluent软件,模拟计算了垂直Bridgman法大尺寸氟化钙晶体生长的具体过程,研究了晶体生长过程中的热传递和熔体对流传热,分析了固相、液相和坩埚的热导率的差异对坩埚中心轴的轴向温度分布和轴向温度梯度以及界面处的径向温度分布和径向温度梯度的影响。分析结果表明:熔体对流传热的效果随晶体生长的不断进行逐渐减弱;固相、液相和坩埚的热导率的差异对坩埚中心轴的轴向温度分布和轴向温度梯度以及界面处的径向温度分布和径向温度梯度有重要影响;晶体的结晶速度和坩埚的下降速度存在不一致性。     

φ200mm太阳能电池用直拉硅单晶生长中导流系统的研究

利用数值模拟,对CZ硅单晶生长系统中导流系统调整和改进,得到不同导流系统下的氩气流场和全局温场. 研究发现在导流系统中引入导流筒及冷却功能后,氩气流场得到明显的改善,晶体中纵向温度梯度均匀性改善,固液界面趋于平坦,有利于结晶潜热的散发和单晶径向电阻率的均匀性. 研究表明改进导流系统能提高结晶潜热散发速率,有利于提高晶体拉速.     

多晶硅定向凝固工艺中石墨加热器的影响

石墨加热器作为多晶硅铸锭工艺中的热源,它的尺寸和位置直接影响了多晶硅晶体生长过程中的温度分布和固液界面。通过对顶加热器、侧加热器以及顶-侧加热器三种不同的加热器的热场模拟研究,计算结果表明：目前采用的顶-侧加热器在多晶硅熔融和晶体生长过程中能够获得较好的效率和固液界面。     

多晶硅锭定向凝固过程的数值模拟

研究了多晶硅锭定向凝固过程中晶体和熔体中的温度分布、固液界面的温度场,并对定向凝固过程进行了数值模拟,对热场对多晶硅晶体生长的影响进行了系统的理论分析和试验验证。     

脉冲激光毛化加工的计算机流体动力学数值模拟

激光毛化的温度场和熔化过程流动状态的变化,以及因辅助气体等导致的对流换热边界条件变化都会对材料表面成形质量和组织转变产生重要影响。于是建立了模拟激光毛化的三维瞬态模型,该模型考虑了热传导、对流传热及熔池表面的形貌变化等因素,采用焓法与流体体积(VOF)方法处理固液相变移动边界与自由表面的问题,利用Fluent软件和用户自定义函数(UDF)方法求解,处理了辅助气体的驱动作用及自由表面和相界面的演化,得出了脉冲激光毛化过程中各种加工参数下熔池的形状、大小以及熔池内的温度、速度分布。实际毛化加工结果与数值模拟结果基本一致。     

电磁搅拌对激光熔池熔体流速及其凝固组织影响研究

为了研究电磁搅拌对TA15钛合金激光熔池的影响,构建了一种三相三极旋转式电磁搅拌器作用下微小熔池内部的磁流体力学数学模型。运用该模型计算了不同激励电流情况下磁场中心处的磁感应强度和熔池内熔体周向流速,分析了其对熔池温度分布和组织形成的影响。并采用试验手段对分析计算结果进行了验证。结果表明:电磁力驱使熔体作周向运动,且随着远离磁场中心,洛伦兹力越大,周向流速越大。随着激励电流的增大,磁感应强度增强,熔质周向流速增大。流速加剧能够降低熔池内温度及凝固界面处的温度梯度,有利于等轴晶的增多。试验证明施加磁场后熔池顶部组织出现等轴晶,且随着远离磁场中心,熔池顶部的等轴晶数量逐渐增多,与计算结果的分析趋势相吻合。