Исследование тепломассопереноса группового процесса роста профилированных кристаллов, получаемых из расплава методом Степанова
Диссертация
Способ Степанова позволяет получать из расплава профилированные кристаллы с разнообразными формами поперечного сечения. В последние два десятилетия значительное количество работ было посвящено варианту метода Степанова со смачиваемым расплавом формообразователем (так называемый метод ЕБО). Метод успешно используется для выращивания профилированных кристаллов сапфира, что резко снизило затраты… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. СПОСОБ СТЕПАНОВА. ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ САПФИРА
- 1. 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДАМИ ЧОХРАЛЬСКОГО И СТЕПАНОВА
- 1. 3. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССА РОСТА ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ. НЕОБХОДИМОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫМ РАЗМЕРОМ КРИСТАЛЛА
- 1. 4. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА
- 1. 5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ С ВЕСОВЫМ МЕТОДОМ КОНТРОЛЯ КРИСТАЛЛА В МЕТОДЕ ЧОХРАЛЬСКОГО. УРАВНЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ДАТЧИКА
- 1. 6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКА СИЛЫ
- ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРУППОВОГО ПРОЦЕССА РОСТА ПЛАСТИН, ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ РАСПЛАВА МЕТОДОМ СТЕПАНОВА. ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В РАСПЛАВЕ И КРИСТАЛЛАХ. ТЕРМОУПРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ
- 2. 1. ТЕПЛО И МАССОПЕРЕНОС В РАСПЛАВЕ И КРИСТАЛЛАХ
- 2. 1. 1. Теплообмен излучением между кристаллами пакета
- 2. 2. ТЕРМОУПРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ
- 2. 3. ЧИСЛЕНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕТОВ
- 2. 4. АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЙ
- 2. 5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
- 2. 6. ВЫВОДЫ
- 2. 1. ТЕПЛО И МАССОПЕРЕНОС В РАСПЛАВЕ И КРИСТАЛЛАХ
- ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РОСТА ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ПОКАЗАНИЯ ДАТЧИКА СИЛЫ
- 3. 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- 3. 2. ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАНИЙ ДАТЧИКА СИЛЫ ОТ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ОСНОВАНИЕМ МЕНИСКА И СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ РАСПЛАВА В ТИГЛЕ
- 3. 3. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВЫТЯГИВАНИЯ КРИСТАЛЛА И КОНСТРУКЦИИ ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЯ НА ПОКАЗАНИЯ ДАТЧИКА СИЛЫ
- 3. 4. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ НАГРЕВА НА ПОКАЗАНИЯ ДАТЧИКА СИЛЫ ПРИ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ВЫТЯГИВАНИЯ КРИСТАЛЛА
- 3. 5. ВЫВОДЫ
- ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ПОЛЕЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ РАСПЛАВА В МЕНИСКЕ И КАПИЛЛЯРНОМ КАНАЛЕ ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ НАВЬЕ-СТОКСА
- 4. 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
- 4. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
- 4. 4. ВЫВОДЫ
- ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ САПФИРА
- 5. 1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПО СПОСОБУ ЧОХРАЛЬСКОГО И СТЕПАНОВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ
- 5. 2. РАСЧЕТ ПРОГРАММНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СИЛЫ
- 5. 3. КОМБИНИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
- 5. 4. ВЫВОДЫ
Список литературы
- А. С. № 429 880. Способ непрерывного получения изделий из расплавленного металла./ Степанов А. В.— Опубл. в Б. И., 1974, № 20.
- Маслов В. Н. Выращивание профильных полупроводниковых кристаллов. — М.: Металлургия, 1977. — 15 с.
- Гольцман Б. М., Степанов А. В. Способ получения листов и труб непосредственно из расплавов алюминия и его сплавов. — Изв. АН СССР, Металлургия и топливо, 1959, № 5, с. 144−150.
- US Patent 3,650,703. Method of Growing Crystalline Materials. / LaBelle H. E. et al., 6,1. Jul., 1971.
- LaBelle H. E. Growth of controlled profile crystals from the melt. Part II. Edge-defined, film-fed growth (EFG). — Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 571−580.
- Chalmers В., LaBelle H. E., Mlavsky A. I. Growth of controled profile crystals from the melt. Part III. Theory.—Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 681−690.
- Novak R. Е., Metzl R., Dreeban A., Berkman S. The production of EFG sapphire ribbon for heteroepitaxial silicon substrate. J. Crystal Growth, 1980, v. 50, 1, p.143−150.
- Wada K., Hoshikawa K. Growth and characterization of sapphire ribbon crystals. — J. Crystal Growth, 1980, v. 50, № 1, p.151−159.
- Перов В. Ф., Папков В. С., Иванов И. А. Дефекты в лентах сапфира, полученных способом Степанова. — Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1979, т. 43, № 9, с. 1977−1981.
- Воронков Е. М., Гречушников Б. Н., Дистлер Г. И., Петров И. П. Оптические материалы для инфрокрасной техники. — М.: Наука, 1965. — 23 с.
- Отани К. Высокоинтенсивные натриевые лампы высокого давления с сапфировыми трубками. — Мицубиси дянки гихо, 1976, т. 50, № 11, с. 603−607.
- Loytty Е. A new arc tube for HPS lamps. — Light Design and Appl., 1976, Febr., p. 14−17.
- Campbell W. R. Design of pulsed alkali vapor lamps utilizing alumina, yittria and sapphire envelopes. — J. Ilium. Eng. Soc., 1972, v. l, p. 281−284.
- Anderson N. G. Basal plane cleavage cracking of synthetic sapphire arc lamp envelopes. — J. Amer. Ceram. Soc., 1979, №. 1−2, p. 108−109.
- Lin F. G., Knochel W. J. Contributions to the design of high pressure sidium lamp. — J. Ilium. Eng. Soc., 1974, v.3, № 4, p. 303−309.
- Liberman I., Sollweg R. J. Air operable envelope arc lamps. — Appl. Optics, 1973, v. 12, № 8, p. 1740−1741.
- Clifton S. Fox. Absolute spectral distribution of cesium and rubidium arc lamps. — High vision laboratory U. S. army electronics command. Fort Belvoir, Virginia. Reropt No 6. Task IZ66709D 466−06. August 1969, p. 1−29.
- Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова. — JL: Наука, 1981. —39 с.
- Бородин В.А., Стериополо Т. А., Татарченко В. А., Яловец Т. Н. —Изв. АН СССР, Сер.Физ., 1983, № 47, с. 368 -374.
- Borodin Y.A., Sidorov V.V., Steriopolo Т.А., Tatarchenko V.A. — J. Crystal Growth, 1987, v. 8 p. 89−95.
- Антонов П. И., Носов Ю. Г., Никаноров С. П. Формообразование кристаллов из элемента формы расплава. — Изв. АН СССР. Сер Физ., 1985, т.49, № 12, с. 2298−2300.
- А. С. su 1 306 173 AI. С308 В 15/34 от 22.04.85. Способ получения монокристаллических трубок и устройство для его осуществления./Носов Ю. Г., Антонов П. И., Никаноров С.П.
- Бородин В. А. Сидоров В.В., Стериополо Т. А., Татарченко В. А., Яловец Т. Н. — Изв. АН СССР, Сер Физ., 1988, № 52, с. 2009−2015.
- Borodin V.A., Sidorov V.V., Rossolenko S.N., Steriopolo T.A., Tatarchenko V.A. — J. Crystal Growth, 1990, v. 104, p. 69−75.
- Сидоров B.B. Дис. канд. т.н. — Черноголовка, 1991, с. 53−69.
- Borodin V.A., Sidorov V.V., Rossolenko S.N., Steriopolo T.A., Yalovets T.N. — J. Crystal Growth, 1999, v. 198/199, p. 201−209.
- Татарченко В. А. Влияние капиллярных явлений на устойчивость процесса кристаллизации из расплава. — Физика и химия обработки материалов, 1973, № 6, с. 4750.
- Татарченко В. А. Влияние тепловых условий на устойчивость процесса кристаллизации из расплава. — Инженерно-физический журнал, 1976, т.30, № 3, с. 532−537.
- Татарченко В. А., Бренер Е. А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава.(Сообщение 1) — Изв. вузов. Черная металлургия, 1976, № 1, с. 140−144.
- Татарченко В. А., Бренер Е. А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава.(Сообщение 2) — Изв. вузов. Черная металлургия, 1976, № 5, с. 145−148.
- Татарченко В. А., Бренер Е. А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава.(Сообщение 3) — Изв. вузов. Черная металлургия, 1976, № 9, с. 141−145.
- Татарченко В. А. Устойчивый рост кристаллов. — М.: Наука, 1988. — с. 67.
- Лейбович В. С. Условия существования стационарного режима в процессе кристаллизации способом Степанова. — Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1985, т.49, № 12, с. 2329−2334.
- Digges Т. G., Hopkins R. Н., Seidensticker R. G. The Basis of the Automatic Diameter Control Utilizing «Bright Ring» Meniscus Reflection. — J. Crystal Growth, 1975, v. 29, N3, p. 326−328.
- Patzner E. J., Dessauer R. G., Poponiak M. R. Automatic diameter control of Czochralski crystals. — Solid State Technol., 1967, N10, p. 25−30.
- Cartner K.J., Rittinghaus K. P., Seeger A., Uelhoff W. An Klestronic Device Including a TV-System for Controlling the Crystal Diameter during Czochralsky Growth. — J. Crystal Growth, 1971, v.13, 14, p. 619−623.
- O’Kane D. F., Kwap T. W., Gulits L., Bednowitz A. L. Infrared TV-System of Computer Controlled Czochralsky Crystal Growth. — J. Crystal Growth, 1978, v. 13/14, p. 624−628.
- Тиман Б. JI. Бурачас С. Ф. Выращивание кристаллов постоянного диаметра методом контроля уровня расплава. — Кристаллография, 1981, т.26, с. 892−894.
- Лейбович B.C. Динамика формообразования кристаллов по способу Степанова. — Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1983, т. 47, № 2, с. 219−229.
- Лейбович. В. С. Автоматическое управление диаметром кристаллов в методе Чохральского.-Процессы роста полупроводниковых кристаллов и пленок. — М.: Наука, 1981.—121 с.
- Лейбович В. С., Затуловский Л. М. и др. Использование сил поверхностного натяжения в качестве параметра автоматического регулирования процесса выращивания профилированных кристаллов. — Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1985, т.49, № 12, с. 23 352 342.
- Лейбович B.C. Динамика процессов кристаллизации из расплава. — Рост кристаллов, 1986, т. 15, с. 143−156.
- W. Bardsley, D.T.J. Hurle and others. Developments in the weighing method of automatic crystal pulling. — J. of Crystal Growth, 1974, v. 54, p. 369−373.
- A. C. № 833 010. Устройство для выращивания монокристаллов из расплава. / Бурачас С. Ф., Тиман Б. Л., Стадник П. Е., Дубовик М. Ф., Кривошеин В. И.
- Булатов Е. Д., Громов А. М., Осико В. В., Отливанчик Е. А., Прохоров А. М., Сисакян И. Н., Сулаев В. Б., Тимошечкин М. И. Установка для выращивания кристаллов по весу на основе ЦВМ и системы «КАМАК», —М., 1978, с. 23.
- Blumberg Н., Reiche P., Watzinger W. A. Czochralsky Crystal Puller Automated by the Weighing Method. — Crystal Research and Technology, 1981, v. 16, 11, p.1323−1338.
- Brandle C. D. Melt Growth of Large Crystals. — J. Crystal Growth. Crystal Growth of Electronic Materials, 1985, Chapter 9, p. 101−102.
- Kyle T. R. Zydzik C. Automatic Crystal Puller.— Mat. Res. Bull., 1973, v. 8, 4, p. 443−450.
- Satch В. T. Inui J., Iwamoto H. Automatic Control System for Czochralsky Growth of Large Diameter Crystals. — Fujitsu Scient. and Techn. Journal, 1976, March, p. 624−628.
- Zinnec A. E., Novis В. E., Brandle C. D. Automated Diameter Control of Czochralscy Growth Crystals. — J. Crystal Growth, 1973, 3, v. 19, p. 187−192.
- Лейбович В. С., Сухарев В. А., Шушков В. М., Федоров В. А., Автоматическое управление процессом роста монокристаллов. — Приборы и системы управления, 1975, 5, с. 7−9.
- А. С. № 486 781. Устройство для автоматического управления процессом выращивания монокристаллов из расплава. / Лейбович В. С., Сухарев В. А., Гольд И. Н., Федоров В. А., Середа А. И., Шушков В. М., Жадан А. В.
- Bardsley W., Cockayne J., Green G. В., Hurle D. Т., Iause G. C., Roslington J. K., Tuflon P. J., Webber H. C. Developments in the Weighing Method of Automatic Crystal Pulling. — J. Crystal Growth, 1974, v. 24/25, p. 369−373.
- Bardsley W., Hurle D. Т., Joyce G. C., Wilson G. Weighing Method of Automatic Czocralsky Crystal-Growth.2. Control Equipment. — J. Crystal Growth, 1977, v. 40, 1, p. 21−28.
- Kimoto Т., Wachi A., Sacurai S., Mikami M. Automatic Diameter Control of Czochralsky Single Crystals Rods. — Trans. Soc. Instrum. and Contr. Eng., 1973, 6, v.48, p. 595−600.
- Kurlov V. N., Rossolenko S. N. Growth of shaped sapphire crystals using automated weight control. — J. of Crystal Growth, 1997, v. 45, p. 417−426.
- Зигель P., Хауэл Дж. Теплообмен излучением. — М.: Мир, 1975. — 266 с.
- Лохару Э. X., Юферев В. С., Антонов П. И. Особенности распределения температуры при одновременном выращивании нескольких пластин. — Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1980, т.44, № 2, с. 276−278.
- Zhdanov A.V., Nikolaeva L. P., Rossolenko S. N. Thermoelastic stresses in ribbons and tubes grown from the melt by the Stepanov method. — J. Of Materials Science, 1997, v.30, p. 7584.
- Митчел Э., Уэйт P. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. — М., 1981.
- Borodin А.V., Borodin V.A.,. Sidorov V. V, Pet’kov I.S. Influence of growth process parameters on weight sensor readings in the Stepanov (EFG) technique. — J. Crystal Growth, 1999, v. 198/199, p. 215−219.
- Ettouney, H.M., Kalejs, J.P. and Brown, R.A., Analysis of operating limits in edge-defined film-fed crystal growth. J. Crystal Growth, 1983, v. 62, p. 230−246.
- Ettouney, H.M. and Brown, R.A. Mechanisms for lateral solute segregation in edge-defined film-fed crystal growth. — J. Appl. Phys, 1984, v.55, p. 4384−4391.
- Ettouney, H.M., Kalejs, J.P. and Brown, R.A., Comparison of finite element calculations and experimental measurements in edge-defined film-fed growth of silicon sheets. — J. Crystal Growth, 1984, v.70, p. 306−314.
- Borodin A. V., Borodin V. A, Zhdanov A.V. Simulation of the pressure distribution in the melt for sapphire ribbon growth by the Stepanov (EFG) tecnique. — J. Crystal Growth, 1999, v. 198/199, p. 220−226.
- Бородин А. В., Бородин В. А., Жданов A.B. Гидродинамика расплава и уравнение наблюдения при выращивании кристаллических лент из расплава методом Степанова. — Известия РАН, Сер. физ., 1999, т. 9, с. 1994−1999.
- Kalejs, J.P., Ettouney, Н.М. and Brown, R.A., Finite element analysis of process control and operation limits in edge-defined film-fed silicon and sapphire ribbons: A review. — Acta Physica Hungarica, 1985, v. 57, p. 271−285.
- Kalejs, J.P., L.-Y. Chin, F. M. Carlson. Interface shape studies for silicon ribbon growth by the EFG technique. I. Transport phenomena modeling. — J. Crystal Growth, 1983, v.61, p. 473−484.
- Бородин А. В., Жданов А. В., Николаева JI. П., Петьков И. С. Моделирование пакетного роста кристаллических лент из расплава способом Степанова. — Известия РАН, Сер. физ., 1999, т. 9, с. 2000−2015.
- Kalejs, J.P., L.-Y. Chin, F. M. Carlson. Interface shape studies for silicon ribbon growth by the EFG technique. II. Effect of die asymmetry. — J. Crystal Growth, 1983, v.61, p. 485−493.
- Brown, R.A., Theory of transport processes in single crystal growth from the melt: Journal review. — AIChE Journal, 1988, v. 34, p. 881−911.
- Bornside, D.E., Kinney, T.A. and Brown, R.A. Finite-element/Newton method for analysis of Czochralski crystal growth with diffuse-gray radiation. — J. Meth. Engng, 1990, v. 30, p. 133 154.
- Bomside, D.E., Brown, R.A., Minimization of thermoelastic stresses in Czochraski grown silicon: application of the integrated system model. — J. Crystal Growth, 1991, v. 108, p. 779−805.
- Borodin A.V., Borodin V.A., Petkov I. S., Sidorov V.V. The development of automatedcontrol system for the growth of shaped sapphire crystals: combined control. — Journal of Korean Association of Crystal Growth, 1999, vol. 9, N 4, p. 437−440.
- Kinney, T.A., Bornside, D.E., Brown, R.A. and Kim, K.M., Integrated hydrodynamic thermal-capillary model for Czochralski growth of silicon: comparison of predicted thermal fields with operating data. — J. Crystal Growth, 1993, v. 126, p. 98−107.
- Васильев М.Г., Юферев В. С. Радиационный-кондуктивный теплообмен в тонкой полупрозрачной пластине в световодном приближении при зависимости коэффициента поглощения от температуры и частоты. —ЖПМТФ, 1981, с. 98−103.
- Ettoney Н. М. Brown R. A. Finite-Element Methods for Steady Solidification Problems.— J. Comut. Phys., 1983, 1, v.49, p. 118−150.
- Andrew Yeckel, F. Patrick Doty and Jeffrey J. Derby. Effect of steady crucible rotation on segregation in high-pressure vertical Bridgman growth of cadmium zinc telluride. — Journal of Crystal Growth, 1999, v. 203 (1−2), p. 87−102.
- A. Chatterjee, V. Prasad Three dimensional simulation of Czochralsky crystal growth.— Thesis of the XII International conference on crystal growth. Jerusalem, Izrael, Jul. 1998.
- J. Carlos Rojo, Ernesto Diyguez and Jeffrey J. Derby. A heat shield to control thermal gradients, melt convection, and interface shape during shouldering in Czochralski oxide growth. — Journal of Crystal Growth, 1999, v. 200 (1−2), p. 329−334.
- Comparison of three turbulence models for simulation of melt convection in Czochralski crystal growth of silicon. — Journal of Crystal Growth, 1999, v. 205 (1−2), p. 71−91.
- MARC General Purpose Finite-Element Program. MARC Analysis research corp., Palo Alto, 1. CA, US.
- Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. M.: Энергия, 1978.— 352 с.