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 。

二元半导体合金垂直Bridgman晶体生长的热质对流Ⅰ-原型炉

以GeSi半导体合金为例,采用准稳态模型数值研究了理想垂直Bridgman装置-原型炉中二元合金单晶生长过程的热质对流现象,分析了热瑞利数、生长炉绝热区长度对热质对流、熔体径向溶质分凝的影响规律。结果表明,原型炉中熔体的流动结构随热瑞利数的变化出现三种截然不同的形式;热质对流的驱动力是生长炉热边界条件不连续性引起的径向温度梯度;随着熔体流动强度的增加,径向溶质分凝变化出现两个极小点。

Hg_(1-x)Mn_xTe晶体的垂直Bridgman法生长系统温度场分析

利用ANSYS有限元软件,以实际炉膛内的温度分布为边界条件,分析了包括生长中的Hg0.9Mn0.1Te晶体和晶体生长炉在内的生长系统的温度场。结果表明,晶体、熔体、高压Hg蒸气和石英的存在,使炉膛内的温度分布趋于平缓。在气液(气固)界面、液固界面、石英坩埚顶部和底部,轴向温度出现转折。随着晶体的生长,固液界面的轴向温度梯度逐渐减小。当石英坩埚完全处于高温区或低温区时,所在位置的温度分布更均匀,但远离坩埚区域的温度场受到的影响很小。

垂直Bridgman法多组元晶体生长的多场耦合模型

对垂直Bridgman法多组元晶体生长的准稳态模型所采用的Boussinesq线性密度假设进行了改进,基于密度的Taylor展开式,得到了熔体密度随温度、浓度变化的非线性函数关系并引入到模型中,改进后的准稳态模型(PSSM)能揭示晶体生长过程的非线性本质.明确了模型的边界条件,得到了晶体生长的完整数学描述.改进后的PSSM以及已获得的多组元晶体准确物性为晶体生长的多场耦合定量数值模拟研究奠定了基础.

垂直Bridgman法变速生长Hg_(1-x)Mn_xTe晶体

在固液界面迁移理论和SODCM模型(二次反扩散补偿法)的基础上,本文提出采用垂直Bridgman法变速生长Hg1-xMnxTe晶体,并从理论和实验两方面对该方法的可行性进行了验证。与传统垂直Bridgman法的对比实验结果表明,该方法可以在提高轴向组分均匀性的前提下增大抽拉速度,进而提高晶体生长速度。

利用焓-多孔介质法对垂直Bridgman生长CdTe的数值模拟

利用数值模拟研究了碲化镉在垂直Bridgman炉中生长时的固-液界面的形状．采用焓-多孔介质法,在固定网格上对碲化镉的固液两相用统一的控制方程进行了整场求解,用一特征参数确定界面的位置和形状．结果表明,当晶体的生长速率较低时,界面的形状与物质在固态和液态两相下的热扩散率有关．如果两种热扩散率的数值相近,界面的形状是平坦的．液态区自然对流是界面形状的影响因素之一,而积聚在固态区的结晶潜热是形成弯曲固-液界面的主要原因．

垂直Bridgman多组元化合物晶体生长热质对流

在垂直Bridgman晶体生长装置中,熔体的热质对流是由于温度梯度和浓度梯度间的相互作用引起的,而温度梯度和浓度梯度由晶体热物性和生长炉结构所决定.由于温度梯度和浓度梯度的耦合作用,坩埚中熔体的流动结构形式多样,由流动引起的溶质分布也呈多种形式。本文以GeSi多组元化合物半导体晶体为对象。数值研究了垂直Bridgman晶体生长过程中的热质对流现象,分析了热Rayleigh数、GeSi晶体热物性、生长炉结构对热质对流和径向溶质分凝的影响规律.结果表明:在垂直Bridgman装置中,熔体的热质对流是由于生长炉热边界条件的不连续性和晶体熔-固两相热物性不匹配引起的;随着熔体流动强度的增加,径向溶质分凝出现两个极小点,所以单纯地抑制或加强熔体对流强度并不一定能改善径向溶质分凝现象。

无损检测技术在垂直Bridgman晶体生长中的应用

分别介绍了国内外X射线检测法、超声波检测法以及涡电流检测法第三种无损检测法在垂直Bridgman晶体生长中的应用,讨论了其各自的优缺点。

二元半导体合金垂直Bridgman晶体生长的热质对流Ⅱ-三段热管炉

以GeSi半导体合金为例,采用准稳态模型数值研究了垂直Bridgman三段热管炉中二元合金单晶生长过程中的热质对流现象。在原型炉计算结果的基础上,考虑坩埚传热效应对晶体生长过程的影响,分析了热质耦合、合金热物性和拉晶速度对热质对流和径向溶质分凝的影响规律。计算结果表明,在垂直Bridgman三段热管炉装置中熔体出现两个上、下对称分布的对流结构,对流驱动力分别是热边界条件不连续性和热物性不匹配引起的径向温度梯度;对于溶质稳定分布的GeSi合金系统,只有当溶质瑞利数与热瑞利数大小相近时,溶质分布才会对热质对流产生明显的抑制;在本文的计算范围内,拉晶速度对晶体生长过程中的流动没有明显影响,但对溶质分布影响明显。

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。

垂直Bridgman法生长CaF_2单晶传热过程的数值分析

采用有限元法对大尺寸氟化钙单晶的生长过程进行了传热分析,准稳态模型简化模拟计算过程.研究了梯度区不同的温度梯度对界面形状和晶体生长速度的影响,讨论了辐射传热对晶体生长过程传热的影响.研究表明:晶体生长过程中界面凸度发生变化;晶体生长速率与坩埚下降速率不一致;25 K/cm为合适的梯度区温度梯度;晶体内部辐射传热对单晶生长传热过程有重要影响.计算结果表明,3个时期的固相等温线的曲率小于液相的.根据数值模拟结果进行了晶体生长实验,生长出的晶体完整,透明,无宏观缺陷.

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。

高温垂直Bridgman法生长Zn_(1-x)Mg_xTe晶体

采用高温垂直Bridgman法,以ZnTe(5N)、Mg(5N)和Te(7N)为初始原料,在高温下成功生长出了尺寸为15mm×50 mm的Zn1-xMgxTe晶体。分别采用X射线衍射、紫外可见分光光度计和红外光谱仪研究了晶体的结构及光学性质,通过PL谱和化学腐蚀的方法分析了晶体的结晶质量。结果表明:所生长的晶体具有立方相结构,晶格常数为0.61585 nm,略大于ZnTe晶格常数,晶锭中质量最好部分的晶片红外和紫外透过率接近60%,室温下其禁带宽度约为2.37 eV。77 K温度下,PL谱中存在A和B两个主要的发光带,位错腐蚀坑密度在105cm-2数量级。

垂直Bridgman法生长Cr^(3+):LiCaAlF_6的研究

用垂直Bridgman法从化学计量比组份的熔体中长出Cr^(3+):LiCaAlF_6单晶。采用封闭式坩埚和液封技术有效地抑制了熔体的挥发和环境中微量氧的污染。生长参数为:生长速度0.7mm/h,生长温度870℃,气氛Ar。同时借助于光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱及波谱对晶体中的显微缺陷进行了观察和分析。对Cr^(3+):LiCaAlF_6晶体的吸收光谱和发射光谱进行了测试。此外,通过红外吸收光谱发现晶体中存在痕量OH^-。

垂直Bridgman生长晶体界面的监测研究

单晶半导体材料的垂直生长都使用了Bridgman法。在晶体生长过程中对固液界面的位置和形状进行监测虽十分重要却相当困难。该文探讨了根据许多半导体材料的电导率在固态与液态时相差很大这一特性来监测碲化镉晶体生长的涡电流技术的可行性,并在此基础上提出了一种新的描述晶体界面位置变化的冷态模拟方法,并经实验证实该方法可成功地描述晶体界面的位置及形状的变化。

铝电解槽磁流体稳定性判定:基于垂直磁场B_(z)算术平均值的研究

研究了铝电解槽磁流体动力学(MHD)稳定性的判定标准,重点分析了垂直磁场Bz算术平均值(B_(z0))在评估中的关键作用。通过文献综述、理论推导和实证研究,验证了B_(z0)作为MHD稳定性判定指标的有效性。采用某500 kA铝电解项目为案例,结果表明B_(z0)对电解槽磁场设计具有显著指导作用。提出了基于B_(z0)的MHD稳定性判定模型,并对比了不同稳定性判据的优缺点,为铝电解槽的设计和优化提供了新思路和方法。

猪瘟弱毒标记疫苗候选株RecC-M1垂直传播可能性评价

为探究猪瘟病毒(CSFV)弱毒标记疫苗候选株RecC-M1在猪群中的垂直传播能力,采用二次免疫方案,以5.0×10^(3.5)TCID_(50)的RecC-M1经颈部肌肉注射接种12头后备母猪,另从试验猪场随机挑选20头按常规免疫程序以750 RID剂量给后备母猪接种猪瘟弱毒C株疫苗作为对照。接种后观察试验母猪临床症状并记录其产仔情况;首免后3、5、7、14 d采集母猪鼻拭子和肛拭子样品,并于母猪妊娠中期和分娩当日进行尾静脉采血,qPCR检测各组猪的病毒血症及排毒情况,ELISA检测猪血清中分别针对BVDV1和CSFV相应抗原的抗体水平;所有接种RecC-M1的母猪在生产当天留取2头新生仔猪(共24头)并在其吮吸初乳前安乐死后剖检,观察主要脏器大体病变情况,采集扁桃体、淋巴结、脾脏和膀胱组织用于组织病理学观察,血液样品用于猪瘟病毒抗体和核酸检测。结果表明,所有母猪免疫后均未出现临床症状,接种后2周内的拭子样品中未检测到病毒核酸,妊娠中期和分娩时血清中的RecC-M1 E2和BVDV1-E rns特异性抗体均维持在较高水平,RecC-M1接种母猪的胎均仔数、死胎数和弱仔数与对照组无显著差异。对RecC-M1接种母猪所产24头新生仔猪的剖检发现,扁桃体、淋巴结、脾脏、肾脏和膀胱均未见出血、肿大等病变;组织学结果显示,扁桃体、淋巴结、脾脏和肾脏的组织结构正常,均未见有出血性变化;仔猪血样和组织样品均无病毒核酸检出,亦未见抗体阳性。结果表明,CSFV弱毒标记疫苗候选株RecC-M1对母猪及仔猪都是安全的,不发生病毒的垂直传播,为该疫苗后选株的产业化开发奠定了基础。

垂直Bridgman法晶体生长中的非等温相变现象初探

将加扩展项的轴对称双倒易边界元方法拓展应用于数值模拟垂直Bridgman法生长HgCdTe及CdZnTe晶体过程中非等温相变传热传质问题,印证了轴向溶质浓度的分区分布并且研究了拉晶速度对分区的影响,同时分析了晶体生长过程中产生的一维瞬态非等温相变现象,获得了由初始过渡区经稳定生长区,最后到末端过渡区全过程的非等温相变数值结果.进一步,通过数值模拟捕获了拉晶速度为零时,稳态情况下的二维轴对称相变界面位置和形状,并得到了熔体和晶体温度场,最后着重研究了瞬态拉晶过程中的二维轴对称非等温相变现象,比较了其与等温相变的差异,并揭示了不同拉晶速度对非等温相变现象的影响.

一类具有疫苗接种和垂直传播的SEIV传染病模型的动力学分析

利用动力学方法建立了一类具有疫苗接种,并同时考虑垂直传播的SEIV传染病模型,利用下一代矩阵算法给出了决定疾病是否流行的阈值R_(0)。当R_(0)<1时,模型存在唯一的无病平衡点,并通过建立合适的Lyapunov函数证明了无病平衡点是全局渐近稳定的;当R_(0)>1时,模型存在唯一的地方病平衡点,并证明了它是一致持久的。最后,通过数值模拟,验证了以上结论。此外,为了更好地控制和预防疾病,模拟研究了几个关键参数对疾病传播的影响。

弱垂直风切变下江苏下击暴流统计特征

为研究弱垂直风切变环境下的下击暴流特征,基于SA型多普勒天气雷达、探空和地面(10 m)极大风资料以及静止气象卫星云图,筛选出江苏2019—2020年6—9月弱垂直风切变下381次下击暴流事件,并按尺度分为微下击暴流、宏下击暴流和下击暴流簇。统计结果表明:江苏地区6—9月64.9%的雷暴日伴随下击暴流,平均每个下击暴流日发生8次下击暴流事件;三类下击暴流占比分别为:微下击暴流21.7%、宏下击暴流47.6%、下击暴流簇30.7%,集中出现在15—16时(北京时);基于雷达径向速度,下击暴流平均持续时间为25.4 min,平均强度(辐散速度对风速差值或低仰角极大风)为22 m·s^(-1),仅7个下击暴流样本达到致灾大风标准(低仰角径向速度达25 m·s^(-1)或辐散速度对差值达40 m·s^(-1)),下击暴流引发的地面气象站观测极大风均值为15.5 m·s^(-1),表明其致灾性不太强;下击暴流低仰角径向速度模态以辐散速度对型为主(73.3%),但多为非对称型,仅有6.1%的下击暴流为对称的辐散速度对结构,26.7%的下击暴流表现为低仰角强风。