提拉法晶體生長全局數(shù)值模擬.pdf

1、提拉法是工業(yè)化生長硅單晶最廣泛使用的方法，由于晶體生長爐內(nèi)的幾何條件、加熱裝置、熔體特性等情況復(fù)雜，要準確地獲得流場的信息，正確把握生長爐內(nèi)所有傳輸現(xiàn)象，需要將爐內(nèi)所有構(gòu)成要素全部加以考慮進行分析，建立有效的全局分析模型。全局分析也是了解流場整體特性和晶體生長爐結(jié)構(gòu)特征的必要途徑。本文針對提拉法晶體生長全局特點，研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)在提拉法晶體生長過程中，輻射換熱將在熱量傳遞過程中起主要作用，氣體介質(zhì)參與輻射傳熱作用很小，主

2、要表現(xiàn)為表面之間的輻射換熱。分析了不同輻射模型的特點，并對封閉方腔的輻射傳熱進行了模型間的數(shù)值對比分析，結(jié)果顯示在封閉空間內(nèi)采用面對面輻射換熱模型比其他模型更為準確；(2)Bousinesq近似在提拉法晶體生長的數(shù)值模擬中被普遍采用，但對強旋轉(zhuǎn)流的模擬卻不能得到合理結(jié)果，本文提出了修正 Bousinesq近似模型，結(jié)果顯示考慮了離心力和科氏力的修正Boussinesq近似模型能夠?qū)娦D(zhuǎn)流進行有效的數(shù)值模擬；(3)建立了熔體簡化模型，模

3、擬了熔體的流動和換熱狀況，分析了由溫度梯度引起自然對流，以及由晶體和坩堝旋轉(zhuǎn)引起的強迫對流對熔體對流的影響，為真實條件下的晶體生長數(shù)值分析提供參考；(4)相變界面形狀往往對晶體生長的質(zhì)量有重要影響，分析了晶體生長過程的相變運動邊界特征，借助了相變區(qū)域多孔介質(zhì)假設(shè)，實現(xiàn)了相變界面形狀的模擬。建立了提拉法晶體生長的全局數(shù)值模型，模型綜合考慮晶體生長爐內(nèi)的高溫?zé)彷椛?、熱傳?dǎo)、自然對流和表面張力流耦合作用。并對動量方程和能量方程進行了修正，把控