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《垂直Bridgman法晶體生長中的非等溫相變現(xiàn)象初探》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第51卷第20期2006年10月論文垂直Bridgman法晶體生長中的非等溫相變現(xiàn)象初探*劉捷盧文強(中國科學院研究生院物理科學學院,北京100049.*聯(lián)系人,E-mail:luwq@gucas.ac.cn)摘要將加擴展項的軸對稱雙倒易邊界元方法拓展應用于數(shù)值模擬垂直Bridgman法生長HgCdTe及CdZnTe晶體過程中非等溫相變傳熱傳質問題,印證了軸向溶質濃度的分區(qū)分布并且研究了拉晶速度對分區(qū)的影響,同時分析了晶體生長過程中產生的一維瞬態(tài)非等溫相變現(xiàn)象,獲得了由初始過渡區(qū)經穩(wěn)定生長區(qū),最后到末端過渡區(qū)全過程的非等溫相變數(shù)值結果.進一步,通過數(shù)值模
2、擬捕獲了拉晶速度為零時,穩(wěn)態(tài)情況下的二維軸對稱相變界面位置和形狀,并得到了熔體和晶體溫度場,最后著重研究了瞬態(tài)拉晶過程中的二維軸對稱非等溫相變現(xiàn)象,比較了其與等溫相變的差異,并揭示了不同拉晶速度對非等溫相變現(xiàn)象的影響.關鍵詞垂直Bridgman法軸對稱雙倒易邊界元方法擴展項非等溫相變現(xiàn)象II-VI族化合物半導體晶體材料是指由化學元素究了縮短初始過渡區(qū)長度、增加組分穩(wěn)定區(qū)長度的最周期表第II副族元素Zn,Cd和Hg等與第VI主族元素S,佳初速度表達式.然而,迄今在研究晶體生長瞬態(tài)一Se和Te等形成的二元、三元乃至四元化合物,由于這維非等溫相變現(xiàn)象的文獻中,
3、還沒有結合軸向組分類材料具有特殊的電學和光學特性,在發(fā)展新型激分布從初始端到末端全過程數(shù)值模擬的報道.Bridg-光及紅外等光電子器件中有廣闊的應用前景.目前,man法生長化合物半導體晶體進入穩(wěn)定生長階段后針對這種化合物晶體生長過程的研究開展得比較多的二維非等溫相變現(xiàn)象也還沒有見到報道.此外,非[1~4].垂直Bridgman法(verticalBridgmanmethod,VBM)等溫相變現(xiàn)象對生長過程影響的研究也很少.晶體生長技術是1925年由美國人Bridgman發(fā)明的一雙倒易邊界元方法可以在運動界面上離散節(jié)點,種晶體生長方法,具有溫度場穩(wěn)定和溫度
4、梯度可控直接得到相變界面位置、速度和相變溫度等物理量,的優(yōu)點,同時還具有提純的作用,并可以適當調整傳是模擬相變界面運動問題較好的數(shù)值方法.雙倒易熱傳質條件,利于生長大尺寸的純單晶材料,因此已邊界元方法在多重等溫相變傳熱、半透明單晶成為HgCdTe,HgZnTe和CdZnTe等II-VI族化合物半導Bridgman生長過程的等溫相變傳熱等問題中得到成[2~6][14~16]體材料單晶制備的主要方法之一.功的應用與進一步發(fā)展.本文試圖將加擴展項在用Bridgman法生長HgCdTe晶體的過程中,由的軸對稱雙倒易邊界元方法進一步拓展應用于一類于此材料的偽二元系
5、化合物相圖中結晶溫度間隔大,非等溫相變傳熱與傳質問題.數(shù)值模擬II-VI族化合說明生長過程中溶質CdTe在相變界面處相對于溶劑物單晶在垂直Bridgman生長過程中的傳熱傳質問題,HgTe會產生嚴重的分凝,所以在此過程中存在多組包括三個部分:(ⅰ)選用文獻[12]材料,用兩套節(jié)點元非等溫相變等復雜的物理過程.為了得到高質量布置進行數(shù)值模擬,并與文獻[12]有限差分法的穩(wěn)態(tài)的晶體,應盡量使相變界面在生長過程中保持水平數(shù)值結果進行了比較,驗證數(shù)值方法的可靠性及節(jié)[7,8],所以對界面的分凝現(xiàn)象以及非等溫相變的研究點無關性;(ⅱ)為了認識生長全過程中存在的非等
6、顯得極其重要.文獻[9]提出了在三段式爐壁溫度設溫相變現(xiàn)象,并且結合分凝導致的溶質濃度軸向組計條件下爐壁與晶體之間簡化的換熱系數(shù)公式,基分分布及相圖中溶質濃度與相變溫度的關系,采用于此公式及其變化形式,文獻[2,3]采用有限差分法類似于文獻[2]的模型,計算獲得了不同拉晶速度對研究了加速坩鍋旋轉技術對VBM生長晶體的影響.文晶體軸向分區(qū)分布的影響,及從底端定速生長至末獻[10~12]研究了拉晶達到穩(wěn)態(tài)后瞬態(tài)過程相變界面端全過程中產生的一維瞬態(tài)非等溫相變現(xiàn)象;(ⅲ)位置、溶質濃度及相變溫度隨時間的變化情況,得到數(shù)值模擬垂直Bridgman法拉晶過程軸對稱瞬
7、態(tài)非等了一維非等溫相變現(xiàn)象.文獻[13]根據(jù)Bridgman法生溫相變傳熱傳質現(xiàn)象,獲得了不同時刻相變界面濃長HgCdTe晶體過程中溶質CdTe的分區(qū)分布規(guī)律,研度和溫度變化的計算結果,并比較了非等溫相變與2440www.scichina.com論文第51卷第20期2006年10月等溫相變的溫度場,揭示了不同拉晶速度對熔體中端溶質的濃度,k0是界面溶質濃度分凝系數(shù).溶質擴散、界面溶質濃度和相變溫度的影響.(ⅱ)對稱軸(r=0)上,1計算模型?T?Cr=0=0,r=0=0.(5)?r?r在某些情況下,如微重力場中或拉晶速度很慢(ⅲ)r=Rc處,應用文獻[2
8、]中三段式爐壁溫度設[12]時,可以忽略熔體內自然對流.熔體和晶體中傳計,其邊界
