数值模拟自然对流对直拉单晶硅的影响

在直拉单晶硅生长的过程中,自然对流对晶体界面的形状、温度场及应力分布影响很大。本文采用二维模型对熔体内自然对流对单晶硅的影响作了数值模拟,在低雷诺数时采用层流模型,高雷诺数时采用紊流模型,Gr的变化范围从3×106到3×1010,这样涵盖了从小尺寸到大尺寸的直拉单晶硅生长系统。数值结果表明熔体的流动状态不仅与熔体的Gr有关,还与熔体高度和坩埚半径的比值密切相关。当Gr>108时,熔体内确实存在紊流现象,层流模型不再适合,随着Gr的增大,紊流现象加剧,轴心处的等温线变得更为陡峭,不利于晶体生长。     

紊流模型模拟分析旋转对提拉大直径单晶硅的影响

本文采用紊流模型对提拉大直径单晶硅时,对晶体旋转、坩埚旋转及二者共同作用三种情况下,熔体内的流线、等温线、氧的浓度分布、紊流粘性系数、紊动能等作了数值模拟,发现晶体的旋转能提高氧的径向均匀性,紊流粘性系数和紊动能随着坩埚转速的提高先增加后下降.晶体坩埚同时旋转时并不能有效降低紊流粘性系数,但能使子午面上的流动受到抑制,等温线更为平坦,有利于晶体生长.     

不同磁场对大直径单晶硅生长中的动量与热量输运影响的数值分析

本文采用紊流模型对大直径单晶硅在垂直磁场及勾形磁场作用时熔体内动量及热量输运作了数值模拟.采用有限体积法离散控制方程,采用SIMPLE((Semi-implicit Method for Pressure Linked Equations)算法耦合压力和速度场.对无磁场、垂直磁场及勾形磁场作用下熔体内的传输特性进行了比较.数值计算结果表明,垂直磁场对动量及热量的分布具有双重效应.垂直磁场强度过大,不利于晶体生长.随着勾形磁场强度的增加,熔体内子午面上的流动减弱,并且紊流强度也相应降低.