泡生法藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)中加熱器與熱屏影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、藍(lán)寶石單晶以其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于微電子和光學(xué)領(lǐng)域，特別是作為高亮度GaN基LED的襯底材料。隨著LED市場(chǎng)的迅速發(fā)展，要求生長(zhǎng)出高質(zhì)量、大尺寸、性能穩(wěn)定的藍(lán)寶石單晶，這就對(duì)藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)技術(shù)提出了更高要求。由于實(shí)際生產(chǎn)中長(zhǎng)晶周期長(zhǎng)，爐內(nèi)溫度高難以測(cè)量，因此計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬成為主要的了解爐體內(nèi)實(shí)際狀況的重要工具，并且為實(shí)際的生長(zhǎng)提供了有意義的理論指導(dǎo)。
　　 本文利用流體力學(xué)、傳熱學(xué)的基本方程和凝固理論，建立了泡生法藍(lán)

2、寶石單晶生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)物理模型，利用專(zhuān)業(yè)的晶體生長(zhǎng)模擬軟件CGSim進(jìn)行數(shù)值模擬研究.通過(guò)數(shù)值模擬研究了加熱器分配比率和鉬屏在不同發(fā)射率下對(duì)泡生法藍(lán)寶石單晶爐中溫場(chǎng)、流場(chǎng)以及晶體熱應(yīng)力的影響，得出了以下結(jié)論:
　　 (1)模擬分析了當(dāng)加熱器的比率為1∶1時(shí)，固液界面為W型。這樣的界面是由于坩堝底部的溫度很高，處于坩堝底部中心的熔體向上流動(dòng)，從而在熔體中形成兩個(gè)渦流，造成晶體回熔。W型的界面對(duì)晶體生長(zhǎng)無(wú)益。當(dāng)根據(jù)加熱器發(fā)熱比率計(jì)算時(shí)，

3、側(cè)部和底部加熱器的功率比約為6.5∶1。計(jì)算結(jié)果表明，比較符合實(shí)際情況，熔體中形成一個(gè)渦流，且不會(huì)造成熔體的回熔，對(duì)晶體生長(zhǎng)有利。側(cè)部和底部加熱器功率的分配對(duì)晶體生長(zhǎng)非常重要，合適的加熱功率比有利于提高晶體質(zhì)量。
　　 (2)根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)行數(shù)值模擬討論分析了在鉬屏發(fā)射率變化的情況下，泡生法藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)過(guò)程中的熱場(chǎng)、流場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)的變化。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)射率的增加，藍(lán)寶石在放肩階段熔體等溫線(xiàn)下降。同時(shí)長(zhǎng)晶消耗