LEC法砷化鎵晶體生長中熔體流動與傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬.pdf

1、砷化鎵單晶是繼硅單晶以后的第二代重要的半導體材料，它是半導體器件和集成電路的重要原材料。液封直拉法是生長砷化鎵單晶的最重要方法之一。坩堝中熔體的流動與傳熱、傳質(zhì)影響著晶體的質(zhì)量。本文建立了LEC法和雙坩堝LEC法砷化鎵單晶生長中熔體內(nèi)能量、動量和質(zhì)量輸運的物理模型和數(shù)學模型。模型中考慮了晶體/熔體界面的溶質(zhì)分凝效應(yīng)，研究了LEC法砷化鎵單晶生長中熔體在不同晶體轉(zhuǎn)速、不同坩堝轉(zhuǎn)速、不同側(cè)壁與晶體生長界面溫差的流動、傳熱及Si摻雜的物質(zhì)分布

2、規(guī)律；也研究了雙坩堝LEC法GaAs單晶生長中熔體在不同晶體轉(zhuǎn)速、不同內(nèi)坩堝轉(zhuǎn)速、不同外坩堝轉(zhuǎn)速的流動及傳熱規(guī)律，并在典型工況下研究了Si摻雜在熔體中的物質(zhì)分布。結(jié)論如下：
　　 1.LEC法GaAs單晶生長中熔體輸運
　　 ①在不同晶體轉(zhuǎn)速，不同坩堝轉(zhuǎn)速，不同溫差條件下晶體/熔體生長界面和軸線上Si的質(zhì)量濃度呈非均勻分布。
　　 ②在不同晶體轉(zhuǎn)速條件下流函數(shù)和等溫線分布變化相對不大，因為晶體的動量矩小，轉(zhuǎn)速相對

3、較低；不同晶體轉(zhuǎn)速、不同坩堝轉(zhuǎn)速、不同溫差條件下，晶體/熔體生長界面Si的質(zhì)量濃度最大值位置不同。
　　 ③軸線上Si的質(zhì)量濃度梯度在靠近晶體/熔體生長界面處較大。
　　 2.雙坩堝LEC法GaAs單晶生長中熔體輸運
　　 ①晶體轉(zhuǎn)速越大，晶體/熔體生長界面附近等溫線越平直且等溫線密度也越大。隨著晶體轉(zhuǎn)速增加，生長熔體平均湍動能呈上升趨勢，r-z切面平均速度增大。
　　 ②內(nèi)坩堝轉(zhuǎn)速越大，晶體/熔體生長界

4、面附近等溫線越凸向熔體。隨著內(nèi)坩堝轉(zhuǎn)速增加，生長熔體平均湍動能穩(wěn)定增大，r-z切面平均速度減小。
　　 ③不同外坩堝轉(zhuǎn)速對晶體/熔體生長界面等溫線形狀影響很小，這是因為小管大大削弱了外坩堝旋轉(zhuǎn)對生長熔體流動與傳熱的影響。隨著外坩堝轉(zhuǎn)速增加，生長熔體平均湍動能先上升，然后保持穩(wěn)定不變。r-z切面平均速度則始終基本不變。
　　 ④Si在熔體中的質(zhì)量濃度梯度除晶體/熔體生長界面和補充熔體進口處較大外，在小管內(nèi)及其附近也較大。<