橫向磁場下分離結(jié)晶過程熔體熱毛細(xì)—浮力對(duì)流的數(shù)值模擬.pdf

1、Czochralski提拉法和Bridgman定向凝固法作為傳統(tǒng)的晶體生長方法，既有各自明顯的優(yōu)勢，又有著不可忽視的不足。分離結(jié)晶法的出現(xiàn)則很好地融合了二者的優(yōu)點(diǎn)，并有效規(guī)避了二者的負(fù)面影響，從而使晶體生長的質(zhì)量大大提高。不可否認(rèn)，分離結(jié)晶法畢竟仍屬于從熔體中生長晶體的方法，難免會(huì)受到浮力對(duì)流和熱毛細(xì)對(duì)流的作用而使晶體的性能受到影響?？朔?duì)流影響的主要方法有施加微重力環(huán)境和磁場。本文嘗試添加橫向磁場來削弱熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)-浮力對(duì)流，從而

2、為地面條件下分離結(jié)晶法的應(yīng)用提供參考。
　　CdZnTe晶體是一種有著光明應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料，迄今已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)儀表、核武探測等多個(gè)領(lǐng)域。本文針對(duì)常重力條件、熔體頂部為自由表面時(shí)，橫向磁場下分離結(jié)晶法生長CdZnTe晶體過程的熔體部分建立三維物理模型和數(shù)學(xué)模型，通過FLUENT軟件模擬熔體內(nèi)部的對(duì)流傳熱，得到不同熔體高度、狹縫寬度、壁面溫差和磁場強(qiáng)度下的流場和溫度場，并就橫向磁場對(duì)熔體流動(dòng)的影響進(jìn)行了分析。
　　數(shù)

3、值模擬結(jié)果表明：（1）適當(dāng)增加熔體高度，可以減小熔體上、下自由表面的流速，削弱熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)-浮力對(duì)流。磁場對(duì)較大熔體高度的流動(dòng)抑制作用更強(qiáng)。（2）適當(dāng)減小狹縫寬度，上自由表面熔體流速變化很小，下自由表面流速大幅度下降。狹縫寬度越大，磁場對(duì)熔體內(nèi)部流動(dòng)的抑制作用越強(qiáng)。（3）適當(dāng)減小坩堝壁面溫差，可以同時(shí)減小熔體上、下自由表面的流速。壁面溫差越大，磁場對(duì)熔體內(nèi)部流動(dòng)的抑制作用越強(qiáng)。（4）施加橫向磁場可以明顯抑制熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)-浮力對(duì)流