资源描述：
《cz法砷化镓单晶生长中熔体流动状态转换》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、CZ法砷化镓单晶生长中熔体流动状态转换第22卷第l期2007年1月无机材料JournalofInorganicMaterialsVo1.22,No.1Jan.,2007文章编号:1000—324X(2007)01—0015—06CZ法砷化镓单晶生长中熔体流动状态转换陈淑仙1,李明伟1,2(1.重庆大学动力工程学院,重庆400030;2.重庆大学"985工程"二期建设"生物功能信息分析与仪器研究中心",重庆400030)摘要:考虑浮力,热毛细力,离心力和科里奥利力的情况下,对cz法砷化镓单晶生长中熔体流动和传热建立了三维时相关紊流数学模型.通过数值求解预测到了熔体中
2、流动状态的转变.结果表明,熔体中温度梯度驱动的浮力与热毛细力的联合作用和晶体旋转产生的离心力与科里奥利力的联合作用相匹配时,熔体流动为非轴对称流动;当其中一方占优势时,熔体流动为轴对称流动.流动为非轴对称流动时,熔体中出现斜压热流体波.由轴对称流动转变为非轴对称流动的机制为斜压不稳定性.得到了能描述不同条件下熔体流动状态的流动区域图.数值结果对优质砷化镓单晶生长具有重要的参考价值.关键词:Czochralski法;砷化镓熔体;流动转换;斜压不稳定性中图分类号:078文献标识码:AFlowTransitionsinMeltsduringCzochralskiGrow
3、thofGaAsSingleCrystalCHENShu-Xian.LIMing.Wei,(1.CollegeofPowerEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China;2.ResearchCenterofBiologicalFunctionInformationandInstrumentsofChongqingUniversitybySecond-TermNational985Project,Chongqing400030,China)Abstract:Thetime-dependentandthre
4、e-dimensionalturbulentmathematicsmodelisestablishedfortheflowandheattransferofGaAsmeltintheCzochralskisystem.Theflowtransitionsinthemeltsarepredicted.enthecombinedbuoyancyandMarangoniforcesinducedbytemperaturegradientarecomparabletothecombinedcentrifugalandcoriolisforcesinducedbycryst
5、alrotation,theflowinthemeltiSnon-axisymmetric,andwheneitherofthemiSdominant,theflowiSaxisymmetric.BaroclinicthermalwaveiSobservedinthenon-axisymmetricflow.Themechanismoftonon—axisymmetricflowiSthebaroclinicinstability.Theflowregimediagramsclassifyingtheflowmodeunderdifferentconditions
6、areobtained.ThecalculatedresultscanbetakenasareferenceforgrowthofGaAssingle-crystalwithhighquality.KeywordsCzochralskigrowth;GaAsmelt;flowtransition;baroclinicinstability1引言Czochralski法(简称CZ法)是从熔体中生长单晶的最重要方法之一.CZ系统中熔体受浮力,热毛细力,离心力,科里奥利力以及粘性力等多种力的作用,其中任何一种力的变化都可能使流动转变为非轴对称的非稳态流动.非轴对称的非稳
7、态流动引起晶体/熔体界面热,质输运量的波动,导致晶体内产生位错,掺杂条纹等缺陷,从而影响晶体质量【lJ.因此研究熔体流动状态转换和相应的不稳定性有着极其重要的意义.高温生长炉内的温度场和流场的测量难度大,费用昂贵,通过实验很难观察到其流动状态.在这种情况下,数值模拟便成为有力工具.在过去20年中,许多学者对CZ法晶体生长中熔体的流动状态转换进行过数值模拟【,引,但大多数都针对Gd3Ga5012及Bil2SiO20等高Pr数(Pr>10)熔体,而对熔体流动表现得更为复杂的Si及GaAs等低Pr数(Pr<1)熔体流动状态转换的报道很少【415】.尤其是对G
8、aAs熔体
