Зависимость формы фронта кристаллизации от режима теплообмена в методе Бриджмена-Стокбаргера
Автор: Митин Константин Александрович, Бердников Владимир Степанович, Кислицын Степан Александрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.12, 2019 года.
Бесплатный доступ
Численно, методом конечных элементов, в осесимметричной постановке исследован процесс роста слитка кремния в методе Бриджмена-Стокбаргера в системе «кристалл-расплав-тигель», подобной используемой в реальной технологии. Моделирование осуществлено с учетом теплоты фазового перехода в режимах нестационарной теплопроводности и термогравитационной конвекции при начальном перегреве расплава в 40 K и двух скоростях опускания тигля. Градиент температуры вдоль нижней части боковой стенки тигля линейный, равный 35 или 70 K/см. Проведено сравнение процессов кристаллизации в режимах нестационарной теплопроводности и свободной конвекции. Исследована зависимость формы фронта кристаллизации от режима теплообмена. Установлено, что во всех рассмотренных режимах теплопроводности на протяжении всего процесса кристаллизации формируется фронт кристаллизации выпуклой формы. При этом форма фронта в исследованном диапазоне параметров процесса слабо зависит от скорости опускания тигля, но на нее существенно влияет градиент температуры на стенках тигля...
Рост кристаллов из расплава, метод бриджмена-стокбаргера, сопряженный конвективный теплообмен, учет теплоты фазового перехода, численное моделирование, метод конечных элементов
Короткий адрес: https://sciup.org/143167060
IDR: 143167060 | DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.1.10
Список литературы Зависимость формы фронта кристаллизации от режима теплообмена в методе Бриджмена-Стокбаргера
- Вильке К.-Т. Выращивание кристаллов. Л.: Недра, 1977. 600 с.
- Васильева И.Е., Елисеев И.А., Еремин В.П., Золотайко А.В., Красин Б.А., Непомнящих А.И., Попов С.И., Синицкий В.В. Мультикристаллический кремний для солнечной энергетики//ИВУЗ. МЭТ. 2002. № 2. С. 16-24.
- Красин Б.А., Непомнящих А.И., Токарев А.С., Шамирзаев Т.С., Пресняков Р.В., Максиков А.П. Структура и электрофизические свойства мультикристаллического кремния//ИВУЗ. МЭТ. 2005. № 1. С. 28-34.
- Бердников В.С., Кудрявцева М.А., Хомутова И.В. Теплообмен в режимах гравитационно-центробежной конвекции в методе Бриджмена//Кремний-2009: тез. докл. VI Междунар. конф. и V Школы молодых специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе, 7-10 июля 2009, Новосибирск. С. 42-43.
- Непомнящих А.И., Пресняков Р.В., Антонов П.В., Бердников В.С. Влияние скорости вращения тигля на рост и макроструктуру мультикристаллического кремния//Неорган. материалы. 2014. Т. 50, № 12. С. 1281-1286.
- Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики//ФТП. 2004. Т. 38, вып. 8. С. 937-948.
- Анфимов И.М., Бердников В.С., Выговская Е.А., Кобелева С.П., Смирнов А.А., Осипов Ю.В., Торопова О.В., Мурашев В.Н. Однородность распределения удельного электросопротивления в монокристаллическом кремнии, выращенном методом Чохральского//ИВУЗ. МЭТ. 2007. № 4. С. 40-44.
- Бердников В.С., Филиппова М.В., Красин Б.А., Непомнящих А.И. Численное моделирование теплофизических процессов при выращивании кристаллов мультикремния методом Бриджмена-Стокбаргера//ТиА. 2006. Т. 13, № 2. С. 275-293.
- Chandrasekhar S. Hydrodynamic and hydromagnetic stability. Oxford: Clarendon Press, 1961. 704 p.
- Антонов П.В., Бердников В.С. Зависимость формы фронта кристаллизации и скорости роста слитка кремния от режима теплообмена в методе Бриджмена-Стокбаргера//ПМТФ. 2012. Т. 53, № 6. С. 65-77.
- Антонов П.В., Бердников В.С. Влияние формы дна тиглей на сопряженный конвективный теплообмен в методе Бриджмена//ИВУЗ. МЭТ. 2011. № 4. С. 21-28.
- Ben Sassi M., Kaddeche S., Lappa M., Millet S., Henry D., Ben Hadid H. On the effect of thermodiffusion on solute segregation during the growth of semiconductor materials by the vertical Bridgman method//J. Cryst. Growth. 2017. Vol. 458. P. 154-165.
- Meier D., Lukin G., Thieme N., Bönisch P., Dadzis K., Büttner L., Pätzold O., Czarske J., Stelter M. Design of model experiments for melt flow and solidification in a square container under time-dependent magnetic fields//J. Cryst. Growth. 2017. Vol. 461. P. 30-37.
- Непомнящих А.И., Пресняков Р.В., Антонов П.В., Бердников В.С. Монокристаллический рост кремния на плоском дне тигля//Изв. ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. № 1(12). С. 11-17.
- Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. 784 c.
- Műhlbauer A., Muiznikes A., Virbulis J., Lűdge A., Riemann H. Interface shape, heat transfer and fluid flow in the floating zone growth of large silicon crystals with the needle-eye technique//J. Cryst. Growth. 1995. Vol. 151. P. 66-79.
- Yaws C.L., Dickens L.L., Lutwak R., Hsu G. Semiconductor industry silicon: Physical and thermodynamic properties//Solid State Technol. 1981. Vol. 24, no. 1. P. 87-92.
- Свойства элементов/Под общ. ред. М.Е. Дрица. М.: Журн. «Цв. металлы», 1997. Кн. 1. 446 с.
- Станкус С.В., Хайрулин Р.А., Тягельский П.В. Термические свойства германия и кремния в конденсированном состоянии//ТВТ. 1999. Т. 37, № 4. С. 559-564.
- Машиностроительные материалы: Краткий справочник/Под ред. В.М. Раскатова. М.: Машиностроение, 1980. 511 с.
- Станкус С.В., Савченко И.В., Агажанов А.Ш., Яцук О.С., Жмуриков Е.И. Теплофизические свойства графита МПГ-6//ТВТ. 2013. Т. 51, № 2. С. 205-209.
- Скворцов А.В. Триангуляция Делоне и ее применение. Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2002. 128 с.
