藍寶石晶體材料以其優(yōu)異的機械性能、化學穩(wěn)定性和光學性能等特性,被廣泛的運用在國防科技和民用領域,近年來在LED襯底領域藍寶石占領了主要的市場,如何生長大尺寸高質(zhì)量的藍寶石材料是當前一項重要的研究課題。提拉法是目前生長藍寶石晶體材料最重要的方法之一,其中固液界面的形狀是影響晶體質(zhì)量的關鍵因素。本文主要研究了提拉法藍寶石晶體生長過程中多種生長參數(shù),包括感應加熱器相對坩堝的位置,晶體旋轉和坩堝旋轉對固液界面形狀的影響,并對熔體內(nèi)包裹體雜質(zhì)運動軌跡進行了研究。通過多物理場耦合數(shù)值仿真軟件COMSOL Multiphysics和計算流體動力學軟件Fluent對提拉法藍寶石生長過程進行了二維和三維的數(shù)值模擬,計算了不同生長參數(shù)條件下的固液界面形狀和包裹體雜質(zhì)軌跡分布。對于生長參數(shù)的綜合作用,本文創(chuàng)新采用正交設計方法對各參數(shù)影響大小進行評估,并得到最優(yōu)的生長參數(shù)組合;對于包裹體雜質(zhì)運動軌跡,本文對實際情況進行了簡化建模,得到了不同晶體旋轉速度下包裹體雜質(zhì)軌跡分布情況。研究結果表明,藍寶石晶體生長過程中,固液界面凸度隨著感應加熱線圈位置下移而增大、隨晶體旋轉速度增大而減小、隨坩堝轉速增大而略有增大。而且正交設計分析表明晶體旋轉是最主要的影響因素,其次是坩堝旋轉,最后是感應加熱器的位置。包裹體雜質(zhì)軌跡主要受熔體流動驅(qū)使,熔體內(nèi)自然對流和強迫對流的相對作用對于其分布影響較大,提高晶體旋轉速度能夠一定程度避免包裹體雜質(zhì)在晶體中心軸線附近聚集。本文的綜合研究對于實際生產(chǎn)中高質(zhì)量晶體的生長具有一定的參考和指導意義。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TQ164.2;O78

【參考文獻】

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本文編號：2809112