热屏优化对大直径单晶硅生长影响的数值模拟

通过对28英寸热场生长300 mm硅单晶过程中结晶速率、固液界面形状、晶体中热应力及晶体中氧含量的数值计算提出了在该热场条件下热屏的优化方案。数值计算结果表明:对热屏底端与晶体表面和熔体自由液面的距离以及热屏材料(优化前热屏使用单一石墨材料,优化后采用辐射率较高的内壁材料结合反射率较高的外壁材料组成复合式热屏)的优化可以减少主加热器对晶体的热辐射使得固液界面更加平坦,藉此增加结晶速率,减小晶体内热应力和熔体中氧含量。     

热屏位置影响直拉单晶硅熔体和固液界面的模拟

为了研究热屏位置对于直拉单晶硅的熔体和固液界面的影响,采用CGSim有限元软件对φ200 mm直拉单晶硅生长过程进行了模拟,结果表明,随着热屏底端位置上升(或径向内移),熔体自由表面及其邻近区域的温度下降;随着热屏底端位置径向内移,位于两个大涡胞之间的较小涡胞强度增大且移向熔体液面深处;热屏位置上升或径向外移均会使固液界面上凸程度增大,这主要归因于晶体热场的相应变化.     

热屏和后继加热器对生长φ300mm硅单晶热场影响的数值分析

本文采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长直径300mm硅单晶热场和热应力分布进行了模拟。后继加热器通过补充晶体径向的热散失,使得沿生长界面径向的由熔体向晶体的热输运实现平衡,使晶体生长界面更加平坦。随着热屏材料热辐射率的降低,晶体生长界面趋于平坦,生长界面上方热应力水平也随着热屏材料辐射率的减小而下降,使用内层高辐射率材料、外层低辐射率材料的复合式热屏结构进一步降低了晶体生长界面中心高度。     

热屏结构对大直径单晶硅生长影响的数值分析

采用有限元法计算了300 mm硅单晶生长过程中,热屏结构对炉体内温度分布、熔体中流场以及晶体内热应力的影响.计算所用的模型涵盖了晶体生长过程中的主要物理现象,包括结晶潜热的释放、结晶前沿的形变、熔体中热和质的传输以及氧的输运等.计算结果表明使用直壁式热屏时,晶体-熔体界面变得更加平坦同时结晶前沿处的热应力大幅度下降,减少了发生宏观位错的可能性,此外熔体中的氧含量显著降低.     

单晶炉导流筒、热屏及炭毡对单晶硅生长影响的优化模拟

在CZ法生长太阳能级单晶硅中,单晶炉的导流筒、热屏和炭毡对晶体生长有很大影响.通过对上述三个部件进行改进优化,并通过数值模拟对优化前后晶体和熔体的热场、热屏外表面与石英坩埚内壁面之间的氩气流场以及晶体中的热应力进行分析,得出以下结论:石墨导流筒的引入减少了炉体上部的氩气流动涡胞,进而减少了SiO在单晶炉上部的沉积;优化后的热屏减少了加热器对晶体的烘烤,使结晶速率加快;优化后的侧壁炭毡阻止了加热器向上部的热损失.优化后在加热器功耗不变时,结晶速率至少可提高35;,而不增加宏观位错的发生概率.     

热屏间距对泡生法蓝宝石单晶生长影响研究

太空、军事和科研等高科技领域的持续发展极大促进了对蓝宝石晶体的需求,泡生法是蓝宝石晶体的主要制造方法之一;热场结构对所得蓝宝石晶体的质量具有重要影响.本文对采用泡生法工艺制造蓝宝石单晶过程中,具有内置7层氧化锆外置8层钼金属的新型热屏结构间距进行研究.通过数值模拟考察热屏间距对单晶炉功率、固-液界面形状和晶体热应力的影响确定了合理的热场结构;并与试验生产结果进行对比验证.结果表明:热屏间距增大使得单晶炉功率明显提升,并引起固-液界面凸度增大;而蓝宝石晶体热应力出现减小.综合考察三个影响因素的影响,最后确定热屏间距为5 mm时单晶炉能耗较低,可用于制造高质量的蓝宝石晶体.     

大直径硅单晶生长过程中固/液界面形状及熔体流动的数值分析

数值模拟技术是提升大直径硅单晶质量、降低晶体制备成本的有效工具.利用切克劳斯基法生长硅单晶时,固/液界面的形变程度是衡量晶体质量的关键参数.由于单晶炉体内的高温环境导致对界面的直接观察极为困难,因此本文采用有限元法对生长16英寸直径硅单晶过程中,不同生长阶段的固/液界面形状及熔体流动情况进行计算.数值计算结果表明:在本文所用的热场及工艺参数条件下,随着晶体长度的不断增加,固/液界面的形变量增加同时晶体内部的热应力加大;通过对晶体提拉速率及晶体转速-坩埚转速的比值的调整,我们发现,降低晶体的提拉速率以及精确的控制转速比可以使晶体各个阶段都获得比较理想的界面形状.     

泡生法生长蓝宝石单晶的热场改进与模拟优化

在泡生法蓝宝石单晶生长中,单晶炉内的热场对晶体质量至关重要.本文首先对单晶炉的顶部热屏、环形加热器和炉底保温进行了改进,然后结合计算机数值模拟,对热场改进前、后晶体的轴向和径向温度梯度、晶体表面温度分布、加热器功率等进行分析对比.结果表明:改进后的倾斜热屏增强了单晶炉内的辐射传热,对已生长出的晶体起到了后热作用,降低了晶体内的热应力;对加热器和底部钼保温层的改进,减小了加热器与坩埚间的热阻,增强了炉内的保温作用,使加热功率降低了约8%.     

基于迁移学习的大尺寸铸锭晶体硅热场设计

不同尺寸的铸锭晶体硅生长过程具有相似性,小尺寸晶体的生长规律可以迁移至大尺寸。本文采用迁移学习(TL)对G8型铸锭炉进行热场设计,设计对象为侧、顶加热器位置及体积、侧隔热笼分区块高度,主要设计目标为减少晶体内部的位错缺陷、抑制硅锭边缘多晶且使晶体生长界面微凸。首先使用神经网络对已有的G7铸锭炉建立热场几何参数与热场评价参数间的映射模型,然后将该模型迁移至G8铸锭炉,对比不同模型结构对迁移过程的影响,采用Dropout分析模型是否存在过拟合,并使用遗传算法(GA)结合聚类算法(CA)对热场几何参数进行优化,以上为G8热场设计过程。最后对优化结果采用数值模拟方法研究其在晶体生长过程中的温度分布、固液界面形状等,最终选定的优化方案能够实现较高质量的长晶。将该方案同时应用于G7和G8热场并进行对比,结果表明G8在硅熔体和硅晶体中的轴向温度梯度均小于G7,在晶体生长界面沿径向的温度梯度也小于G7,这有利于减小晶体内部的热应力。     

ø300 mm直拉硅单晶生长过程中的变晶现象及其影响因素

直拉法生长直径300 mm硅单晶过程中,直径均匀是获得高品质硅单晶的关键。在生产实践中发现,当硅晶体进入等径生长阶段,过高的提拉速度会引起晶体发生扭晶现象,导致晶线断裂随即变晶,对等径生长不利。本文采用数值模拟和理论相结合的方法分析了ø300 mm硅单晶生长过程中扭晶现象的成因,建立了不同提拉速度下晶体直径与熔体温度分布的关系,分析了晶体发生扭晶的影响因素。结果表明,随着提拉速度的增加,熔体自由表面产生过冷区且该过冷区随提拉速度的增加不断扩大,过冷区的产生是导致晶体发生扭晶的主要原因。提出了一种基于有限元热场数值模拟的最大稳定提拉速度的判别方法,并给出了通过改变晶体旋转速度来改善熔体自由表面温度分布的工艺措施建议,从而避免晶体扭晶现象的发生。研究结果对设计大尺寸硅单晶生长热场具有一定的指导作用。     

蛋白土提纯对其理化性能的影响研究

采用焙烧和硫酸浸法对细磨后的蛋白土进行提纯处理,通过SEM、TEM、比表面积及孔径测定仪和红外光谱仪等测试手段对提纯前后的蛋白土进行了表征.结果表明:原蛋白土提纯后可使其SiO2含量由79.42;提到高89.52;,其杂质减少、比表面积及孔体积增大、介孔数量增多和颗粒表面活性增强;通过提纯前后蛋白土对罗丹明B的吸附实验,结果表明蛋白土提纯前后对罗丹明B都有很好的吸附性,提纯蛋白土的吸附能力明显好于原蛋白土.     

The influence of strain and mosaic structure on electrical and optical properties of GaN films on sapphire substrates

Photoluminescence, electron transport measurements, and seven-crystal X-ray diffractometry have been used to analyze high mobility (intentionally silicon-doped) and highly resistive (unintentionally doped) GaN films grown on a-plane (11 0) sapphire substrates. Values of ω/2θ X-ray rocking curve FWHMs were seen which were lower than typically reported for GaN films on sapphire, and this has been attributed to the increased thickness of the analyzed films. Broadening was observed in the tail of the ω/2θ X-ray rocking curve of a Si-doped GaN film relative to that of unintentionally doped films, indicating diffuse scatter of the X-ray beam. Mosaic structure and curvature induced in the sapphire substrate by the subsequently grown GaN film was also observed.     

C60膜上金刚石的成核与生长形貌研究

本文研究了HFCVD系统中覆盖有C60膜的Si(100)衬底上金刚石的成核与形貌特征.结果表明,C60能大幅度提高金刚石成核密度;C60氢化预处理能大幅度促进金刚石成核,但要合理控制CH4的浓度和预处理时间;随衬底温度的升高,金刚石晶粒由球状变为菜花状聚晶.     

羟基磷灰石的合成及应用研究进展

羟基磷灰石不仅具有较好的稳定性、生物活性和生物相容性,还具有良好的骨传导作用、生物可分解及诱导骨形成的能力,是人体骨损伤时性能优良且近于理想的骨修复及替代材料.但由于其强度低、韧性差、不易成型等自身力学性能的制约,目前尚未得到广泛应用.制备综合性能优越的羟基磷灰石及其更加理想的复合材料已成为近年来研究的重心和热点.笔者根据羟基磷灰石的研究现状,综述了羟基磷灰石的起源与发展、制备方法、应用及发展前景.重点剖析了由水热法到仿生法发展过程中多种制备方法的优缺点,并进一步探讨了由致密到多孔、由单一到复合、甚至多相复合的应用发展历程和精确控制其复合材料的微观结构与骨材料结构的相似度,研究合成新型仿生骨来达到临床使用要求的发展前景.     

第一性原理研究Cd掺杂对ZnO电子结构与光学性质的影响

采用第一性原理平面波超软赝势方法超软赝势方法,研究了Cd掺杂前后ZnO的电子结构以及光学性质.计算结果发现:Cd的掺入使得ZnO的电子结构发生了改变,晶胞变大,禁带宽度变窄.Cd掺杂使ZnO的光学性质也发生了变化,4.3 eV处的介电峰增强并发生红移,12.9 eV处的介电峰减弱,对紫外光吸收作用增强.     

应力对单层GaTe能带结构和迁移率影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了单层碲化镓(GaTe)能带结构和载流子迁移率随外加应力的变化.计算发现:载流子有效质量和迁移率随K点位置而不同,并且形变势对载流子迁移率影响很大;在单层GaTe的b轴或ab双轴上施加合适的压应力对能带结构的影响较为明显,可使其从间接带隙转变为直接带隙,并且带隙随着压应力的增加而逐渐减小;此外,施加ab双轴压应力更能提高载流子迁移率.因此,单层GaTe在应力调控下可作为制备高性能微纳电子器件的一种有前途的候选材料.     

Influence of strain on growth mode and electro-optical properties of high-brightness InGaN-LEDs on SiC

We present a detailed study, on the influence of buffer strain on the MOVPE crystal growth mode in the QW active layer of high-brightness InGaN LEDs on SiC substrate. While highly strained buffers are related to InGaN QWs with homogeneous In-distribution, low In-concentration and reduced quantum efficiency, buffers with reduced strain are shown to induce InGaN-QW growth with a dot-like In-distribution, locally high In-concentration and good quantum efficiency. Using an optimised buffer technology, we developed extremely bright InGaN QW-LEDs with a brightness of more than 7 mW (at 460 nm and 20 mA) in a 5 mm radial lamp, good wavelength stability, low forward voltage, high ESD-stability and low ageing.     

The growth of GaAs and InAs dots on etched mesas: The effect of substrate temperature on mesa profile and surface morphology on dot distribution

The molecular beam epitaxy (MBE) growth of GaAs and InAs quantum dots on etched mesas has been studied using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The [0 1 1]-oriented mesas are etched into (1 0 0) GaAs substrates, exposing (5 3 3)B sidewall facets. At a substrate temperature of 610 °C a top (1 0 0) plane is seen to evolve on a ridge mesa structure. Alternatively, if the overgrowth is carried out at 630 °C no such facet is seen, and the top ridge remains unchanged during GaAs growth. By controlling the mesa shape, either ordered lines of dots can be grown or the dot density can be varied from <5×10⁸ cm⁻² to >1×10¹¹ cm⁻² on the same substrate in pre-defined regions. The dot distribution observed on the mesa sidewalls and top is discussed in terms of net migration of adatoms from different facets, underlying step density, step height and surface curvature of the mesa top.     

Theoretical and Practical Studies on Effects of External Electrostatic Electric Field on Nucleation and Growth Kinetics of Protein Crystals

The crystallization technique where an electric field is applied is an extremely powerful tool to control the crystallization processes of various materials. In particular, the method with application of an external electrostatic electric field can have a significant effect on the phase equilibrium of the liquid and solid phases. This review demonstrates that the crystallization processes of proteins are significantly impacted by the application of an external electrostatic electric field: (1) Control of both the increase and decrease in the nucleation rate can be achieved by changing the applied frequency of the external electrostatic electric field. (2) The effect of the external electrostatic electric field on the nucleation rate can be controlled by regulating the thickness of the electric double layer (EDL) formed at the interface. (3) The quality of the grown crystals can be improved by an increase in the step free energy under application of an external electrostatic electric field at 1 MHz. The effect of the external electrostatic electric field on nucleation and growth kinetics during crystal growth of proteins is also discussed based on a thermodynamic perspective.     

金尾矿基轻质高强陶粒的制备及性能研究

本文采用商洛堆积量较大的金尾矿为主要原料,加入少量粘土、长石制备轻质高强陶瓷颗粒.研究生坯成球加水量、金尾矿含量、发泡剂含量和烧成温度对该金尾矿基陶粒性能的影响.采用光学显微镜、万能试验机、扫描电镜等对陶粒的断面形貌、筒压强度、显微结构等进行测试分析,确定最优工艺参数.最终制得金尾矿基轻质高强陶粒的筒压强度为10.2 MPa,堆积密度为762 g/cm3,吸水率为2.6;.