MCZ大直徑單晶體生長的數(shù)值模擬及控制參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、分類號 F 7 9 1 8 6 0 ；單位代碼：1 0 0 0 5學 號：B 2 0 0 0 0 1 0 0 9密 級：北京工業(yè)大學博士學位論文題 目 叢￡墨太童壁望晶佳生益數(shù)數(shù)值搓拯丞揎劍叁邀選絲英文并列題 目—T H E N U M E R I C A LS I M U L —A T I O NO F T H E L A R G ED I A M E T E R M C Z C R Y S T A L G R O W T H A N

2、 D T H EQ ￡! ! 壘叢2 叢衛(wèi)Q 盥 Q 夏 ! ! 堡 Q 里量l §魚豎! Q 叢△LP A R A M E T E R S研究生姓名：主慧堊研究方向：工捏間壁煎熬值搓型麴垡絲熊鹽導師姓名：隨盒廑 職 稱：熬 援論文報告提交同期 2 Q Q 5 生蛆且 學位授予日期——授于甲位名稱矧地址j E 立互些占蘭j E 寶立塑圈匡芏巫斟! Q Q 蘭A b s t r a c tc Z O C h r a l s k

3、im e t h o d ( C Z ) i so n e o ft h ei m p o r t a n tm e t h o d s w h i c h w i d e l yu s e d i ng r o w i n g s i n g l e c r y s t a l o f1 a r g e r d i a m e t e r a n dh i 吐q u a l i t y i n s e m i c o n d u c

4、t o r a n do p t i c a l d e v i c e ．a n d i t h a s g r e a t s i g n i f i c a n t d e g r e e i n m o d e mt e c h n o l o g y ．C r y s t a lq u a l i t yi sm a i n l yd e t e r m i n e db ym a n y f a c t o r s ，s u

5、 c ha st h es h a p eo f g r o w t hi n t e r f a c e ，t h e d e s i g n o fh o t z o n e ．t h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r s e t c ．A l l o ft h e s e c o n t r o l t h eh y d r o d y n a m i c s ．h e a ta n

6、dm a s st r a n s f e r i n m e l t ．I t i s v e r y d i 伍c u l t a n dc o s t l y t om e a s u r et h e h e a tt r a n s f e ra n df l o ws t r u c t u r ei nt h em e l tb e c a u s et h es e m i c o n d u c t o rm a t

7、e r i a li so p a q u e ，t h eg r o w t h s y s t e m i si nh i g ht e m p e r a t u r ec o n d i t i o na n ds o m e t i m e ss h o u l d b e i n v a c u u m e n v i r o n m e n t ．T h e r e f o r e ，n u m e r i c a l s

8、 i m u l a t i o nb e c o m e s a ne f f e c t i v e m e t h o d t o i n d i r e c t l y u n d e r s t a n d a n d p r e d i c t t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e no p e r a t i o n a l p a r a m e t e r sa n d c

9、 r y s t a lq u a l i t y b o t h q u a n t i t a t i v e l ya n d q u a l i t a t i v e l y ．T h e n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni su s e d t os t u d yt h ef a c t o r sw h i c h e f f e c t e do n t h ef l o w ,

10、t h e h e a tt r a n s f e ra n d t h eo x Y g e n t r a n s p o r t i ns i l i c o nm e l t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ．T h em a i nc o n t e n t sa r e ：( 1 ) C Z l a m i n a rb u l k f l o wm o d e l i s e s t

11、a b l i s h e d ，t h eo x Y g e nt r a n s p o r te q u a t i o ni s i n c h i d e di nt h eg o v e r n i n ge q u a t i o n s ．t h ee f f e c to fm a g n e t i cf i e l d i s a l s oc o n s i d e r e di nt h i sm o d e

12、t 。T h e c a l c u t a t i o ne q u a t i o n so f c u s pm a g n e t i cs t r e n g t ha n d t h ec o r r e c t i o n a l p o t e n t i a l e q u a t i o n s a r ed e d u c e d ．T h et h i r d o r d e l - n o n —u n i f

13、 o r m Q U I C K( Q u a d r a t i c U p w i n dI n t e r p o l a t i o n o fC o n v e c t i v e ) s c h e m ei s a l s o m a d eo u t ．T h eS I M P L E ( S e m i ．．I m p l i c i t M e t h o d f o r P r e s s u r e L i n

14、k e d E q u a t i o n s ) a l g o r i t h m i se m p l o y e dt o c o u p l ev e l o c i t ya n dp r e s s u r ef i e l d ．n l cm o d e li s u s e dt o s i m u l a t et h eⅥm e e l e rb e n c h m a r k q u e s t i o n s

15、．t h er e s u l ts h o w s t h a ti ti s i ng o o da g l r c e m e n tw l t ht h e1 i t e r a t u r e s ．( 2 ) A w i d er a n g eG r a s h o f n u m b e r s ( G r ) a r e s t u d i e d n u m e r i c a l l yb y t 1 1 et i

16、 m ed e p e n d e n tl a m i n a rm o d e l ．W h e l lG r i s l a r g et h a nac r i t i c a l v a l u e , t h ef l o wb e c o m e su n s t a b l e ．F o rl a r g eG r ’t u r b u l e n c em o d e ls h o u l db eu s e d ．T

17、 h er a t i oo f t h em e l th e i g h tt ot h ec r u c i b l er a d i u sa l s o h a sg r e a te f f e c to n t h ef l o w , t h er e s u l ts h o w s t h a tas h a l l o wc r u c i b l ei s b e n e f i tt or e d u c et

18、 h ef l u c t u a t i o n so ft h e f l o wa n dt e m p e r a t u r ei nt h em e l t ．r 3 1 T h e l o wR e K —s m o d e lo ft h e C Zg r o w t h s y s t e m u n d e rm a g n e t i c f i e l d i se s t a b l i s h e d ．a

19、n d t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o n h a s b e e n c o m p a r e d w i t h t h e H i r a t a ’se x p e r i m e n t a l r e s u l t ，t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e n u m e r i c a l p r e d i c t i o

20、n s i s i n g o o da g r e e m e n t w i t h t h ee x p e r i m e n t s ．i tp r o v e st h a tt h el o wR e K —s m o d e li sf e a s i b l et os i m u l a t e t h el a r g ed i a m e t e rC Z s i n g l ec r y s t a lg r

21、o w t h ．( 4 ) 1 1 1 e i n f l u e n c eo ft h e n a t u r a lc o n v e c t i o n ．c r y s t a lr o t a t i o n ，c r u c i b l e r o t a t i o na n dt h ei n t e r a c t i o n o fe a c ho t h e ra r es t u d i e dw i t h

22、 o u tm a g n e t i cf i e l d ．I t i s f o u n dt h a tt h e t u r b u l e n c ev i s c o s i t ya n dk i n e t i ce n e r g Ya r ei n c r e a s e d o b v i o u s l yb e c a u s e o f t h es t r o n g e rs h e a rt h a

23、tr e s u l t sf r o mr o t a t i n gt h ec r y s t a l a n dc r u c i b l ei n o p p o s i t ed i r e c t i o n sw i t h o u tn a t u r a lc o n v e c t i o n ．H o w e v e r ，w h e nn a t u r a lc o n v e c t i o ni s c

24、o n s i d e r e d ，i n c r e a s i n gt h er o t a t i o n s p e e d o fc r y s t a l a n dc r u c i b l e i n a c e r t a i n r a n g ec a nd e c r e a s e t h et u r b u l e n c e s t r e n g t h ．( 5 ) T h e v e r t i

25、 c a lm a g n e t i cf i e l d s t r e n m ha n dt h ec u s pm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t h ，t h er a d i u so ft h ec o i l s ，t h ed i s t a n c eb e t w e e n t h ec o i l s a n d t h ef r e e d o ms u r f a

26、c e ．t h er e l a t i v ep o s i t i o nb e t w e e nt h ei s o —g a u s s f a c eo f t h ec o i l sa n dt h eg r o w t hi n t e r f a c ea r es t u d i e d ．I ti s s h o w e dt h a tw h e nt h ev e r t i c a lm a g n e

27、t i cf i e l ds t r e n g t hi si n c r e a s i n gi ns o m e r a n g e ，t h eo x y g e nc a nb e d e c r e a s e d ，b u t w h e nt h e m a g n e t i c f i e l d i s t O O s t r o n g e r , t h e o x Y g e l l w i l l b

28、ei n c r e a s e d ．I ti s s u g g e s t e d t o c o n s i d e rt w oa s p e c t sf o rt h e a d o p t i o no fc u s pm a g n e t i cf i e l di n t h er e a l C Z O C h r a l s k i s y s t e m ：o no n e h a n d ．i t s h

29、o u l db e e a s yt o i n s t a l la n do p e r a t e ；O l lt h eo t h e r h a n d ，s m a l l e rr a d i u so f c o i l sa n ds m a l l e rh e i g h tf r o mt h ec o i lt ot h ef r e es u r f a c es h o u l db eu s e d t