分离结晶Bridgman法晶体生长过程的影响因素

本文采用全局数值模拟方法探讨了微重力条件下温度梯度对分离结晶Bridgman法晶体生长系统的作用规律。同时,在常重力条件下研究了坩埚半径对晶体生长系统的影响。结果发现,在微重力条件下随着温度梯度的增加,晶体生长系统内部的流动强度随之增加,且由于晶体生长系统低温区温度不断降低,使得结晶界面位置不断上升;在常重力条件下,重力的作用随着坩埚半径的增加而增强,导致晶体生长系统内部的流动强度增加,最大流函数增大。     

勾形磁场对分离结晶法生长CdZnTe晶体过程中液层热毛细-浮力对流的影响

借助数值模拟手段研究了常重力条件下分离结晶法生长CdZnTe晶体过程中液层热毛细-浮力对流,探讨了不同勾形磁场强度和狭缝宽度对流动的影响.计算选取液层的高径比A为1,狭缝宽度S分别为0.05、0.075以及0.1,磁场Hartmann数分别为45、90及135.结果表明:勾形磁场能够对液层内热毛细-浮力对流起到抑制的作用,且随着磁场强度的增加,流动失稳的临界Marangoni数增大;随着狭缝宽度S的增大,液层内部流动减弱.     

水平温差对环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响

双向温差驱动下的Marangoni-热毛细对流在许多工程技术领域具有重要作用, 但是, 已有的大部分研究集中于单向温差作用下的流动. 因此, 采用数值模拟的方法研究了水平温差对双向温差驱动下的环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响. 在一个给定的顶部换热条件下, 确定了不同水平温差作用下流动由轴对称稳态流动向三维非稳态流动转变的临界底部热流密度. 结果表明, 水平温差使得Marangoni-热毛细对流不稳定; 随着水平温差的持续增强, 稳态流动转变为一种规律的振荡流动, 最终变得混乱; 发现两种新的状态演化过程; 确定了水平温差和垂直温差在共同驱动流体运动时各自发挥的作用; 随着水平温差的增强, 最初出现在中间区域的最高表面温度不断向热壁移动, 在此过程中, 内壁附近的流动增强, 而外壁附近的流动减弱.     

地面条件下分离结晶生长CdZnTe晶体的稳定性控制

本文采用四阶龙格-库塔法对地面分离结晶生长CdZnTe晶体过程中气液界面形状及熔体-坩埚气缝宽度进行了模拟,讨论了αe+θc<180°和αe+θc>180°时影响气液界面形状及气缝宽度的控制因素.采用线性回归方法对模拟结果进行了分析,得到了地面条件下分离结晶稳定生长的影响因素和控制条件.即:只有满足熔体冷-热端气压调节与结晶速率成线性变化,才能维持稳定的分离结晶.     

分离结晶垂直Bridgman法生长CdZnTe晶体的全局数值模拟

采用FLUENT软件对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体进行了全局数值模拟.模拟对象为:熔体上部边界条件分别为固壁和自由表面时两种晶体生长系统.重点考虑坩埚和晶体之间狭缝宽度e和重力对分离结晶过程的影响.在计算中分别取e=0 mm、0.5 mm和1 mm三种狭缝宽度,得到了在微重力和常重力条件下的温度分布、结晶界面形状以及流函数分布图.结果表明:在微重力条件下,当熔体上部为固壁时,随着狭缝宽度的增大,热毛细力作用增强,流动强度增强;当熔体上部为自由表面时,则与之相反.在常重力条件下,由于浮力-热毛细对流的共同作用,随着狭缝宽度的增加,流动强度逐渐减弱,有助于提高晶体生长质量.     

轴向磁场对环形浅液池内硅熔体热毛细对流的影响

为了更好地了解轴向磁场对温度梯度作用下Marangoni-热毛细对流的影响,采用有限差分法对环形浅液池内硅熔体制单晶的流动进行了数值模拟.研究了三种不同边界条件下,Ha数分别为0、10、20、30对应下硅熔体内部流动强度和自由表面速度.结果表明,轴向磁场对浅液池内的Marangoni对流、热毛细对流和耦合的Marangoni-热毛细对流都有较好的抑制作用,且随着磁场强度的增强,抑制作用增加,更有利于提高晶体的结晶质量.当磁场强度和底部热流密度一定时,随着水平温度梯度的增加,靠近内壁的流动得到增强,外壁附近流动反而减弱.