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。

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。

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。

圆柱形腔内具有正浮力比的双组分溶液Rayleigh-Bénard对流三维数值模拟

为了了解Rayleigh数和浮力比对径深比A=2的圆柱形腔内双组分溶液Rayleigh-Bénard对流特性的影响,以质量分数为10%的异丙醇水溶液为工质、在浮力比N≥0.0条件下进行了三维数值模拟。结果表明:浮力比的增大会加强系统内的流动,并有可能使系统出现新的、更加复杂的流动结构。单纯增加Rayleigh数也能使系统演变出新的流型,但新流型的出现是否使系统传热性能加强,则视新流型的结构而定。