微下拉法晶體生長數(shù)值模擬.pdf

1、微下拉法是一種晶體纖維生長技術,具有生長速度快、晶體形狀易控制等特點。晶體的某些特殊性質(zhì)可以通過對其生長過程中的摻雜實現(xiàn),而這些摻雜物對晶體的性能影響很大,為了提高生長晶體的品質(zhì),則要求摻雜物均勻分布。然而由于熔體內(nèi)特殊的對流結(jié)構(gòu)與摻雜物分凝效應的存在,使得摻雜物在晶體中分布不均勻,其極大地影響了摻雜晶體的品質(zhì)。因此,為了得到摻雜均勻分布的優(yōu)質(zhì)晶體,有必要研究晶體生長過程中熔體內(nèi)摻雜的分布規(guī)律以及摻雜均勻分布的改善技術。
　　本論

2、文基于有限體積法數(shù)值模擬研究了微下拉法生長YAG晶體中摻雜物Ce濃度的分布規(guī)律,并針對實驗采用的原始模型提出了多種改善模型。
　　首先,建立微下拉法晶體生長模型,包括晶體生長偏凝現(xiàn)象的濃度邊界條件,并采用有限體積法對熔體內(nèi)速度場、溫度場、濃度場進行耦合數(shù)值模擬和分析,在此基礎上提出坩堝帶傾角的微流道改善模型,以提高摻雜物Ce沿徑向分布的均勻性,同時建立相應的物理數(shù)學模型進行數(shù)值模擬驗證。研究了不同傾角下改善模型內(nèi)Ce濃度沿徑向的分

3、布規(guī)律,并比較其沿徑向分布的均勻性。
　　然后,基于增加坩堝微流道數(shù)目和其位置布置以改善摻雜物在徑向分布的思路,提出了以下幾種多孔入口模型:五孔入口模型、九孔入口模型和九孔入口交錯排列模型。為提高計算效率,利用幾何結(jié)構(gòu)的對稱性,選取1/8幾何區(qū)域進行數(shù)值模擬計算,研究了各模型熔體中摻雜物濃度在固液交界面處沿徑向分布規(guī)律。
　　最后,調(diào)整浮區(qū)液橋高度并進行數(shù)值模擬計算,研究了液橋高度對固液交界面處摻雜物沿徑向分布的均勻性影響。