丁国强
,
屠海令
,
苏小平
,
张峰燚
,
涂凡
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.01.009
晶体的生长速率关系着晶体质量和生产效率,保证晶体质量的同时,实现较高的生产效率是晶体生长速率优化的主要目标.VGF技术生长晶体时,晶体的生长速率主要取决于控温点的温度及降温速率.在保持加热器控温点不变的情况下,利用数值模拟方法研究了0.9,1.8,3.6mm·h-13个速率下6英寸VGF GaAs单晶的生长,通过对比不同生长速率下温度梯度(均为界面附近晶体中的温度梯度)和固-液界面形状的变化及热应力的分布,得出以下结果:随着晶体生长速率的增加,轴向温度梯度增大的同时,沿径向增加也较快;但由于受氮化硼坩埚轴向较大热导率的影响,晶体边缘轴向温度梯度迅速减小;径向温度梯度在晶体半径70 mm处受埚壁的影响均变为负值,晶体中大量的热沿埚壁流失,导致生长边角上翘;生长速率的增加使得界面形状由凸变平转凹,"边界效应"逐渐增强,坩埚与固-液界面的夹角逐渐减小,孪晶和多晶产生的几率增加;通过对比,1.8 mm·h-1生长时晶体界面平坦、中心及边缘处热应力均较小、生长速率较大,确定为此时刻优化的生长速率.
关键词:
砷化镓
,
生长速率
,
数值模拟
,
垂直梯度凝固
涂凡
,
苏小平
,
张峰燚
,
黎建明
,
丁国强
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.03.013
采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.
关键词:
数值模拟
,
垂直梯度凝固技术
,
GaAs
,
固液界面
,
热应力
涂凡
,
苏小平
,
屠海令
,
张峰燚
,
丁国强
,
王思爱
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2010.02.014
采用数值模拟技术和Rnman光谱法对4 inch垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶位错进行了研究.运用数值模拟软件计算了GaAs晶体生长过程中的位错分布,模拟计算与实验结果一致.通过Raman光谱测量,定量计算了晶片表面的残余应力分布.Raman测量结果表明,残余应力与位错密度分布基本一致.在VGF法生长的GaAs单晶中观察到了不完整的位错胞状结构,并利用Raman光谱法对其进行了微区分析.
关键词:
数值模拟
,
GaAs
,
位错密度
,
残余应力
,
Raman光谱法
,
位错胞状结构
王思爱
,
苏小平
,
张峰燚
,
丁国强
,
涂凡
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2011.04.010
坩埚锥角是诱发VGF法GaAs单晶出现孪晶与多晶的重要因素之一,应用数值模拟的方法对其进行了研究与探讨,研究发现,在晶体生长的放肩阶段,坩埚锥角为60°,90°,120° 3种情况下,晶体生长的固液界面均凹向熔体,随坩埚锥角α的增大,接触角θ变小,非均匀形核几率增加,易诱发孪晶和多晶.根据热量传输分析,在晶体生长的转肩阶段,随坩埚锥角α的增大,沿轴向传走的热量减小,径向传走的热量增加,增大了径向的温度梯度,造成凹的生长界面,导致三相点处过冷度的增加,也增大了孪晶及多晶产生的几率.而在等径生长部分由于远离了坩埚直径增加的区域,坩埚锥角对成晶率的影响较小.考虑到晶体生长的效率,为获得较长的等径部分,需要设计合适的坩埚锥角.选取了90°的坩埚锥角,模拟及实验均证实这一角度即能有效提高单晶成晶率,又能保证一定的晶体生长效率,并生长出直径4英寸的VGF GaAs单晶.
关键词:
坩埚锥角
,
GaAs单晶
,
数字模拟
