微重力下静态磁场对浮区法硅单晶生长的影响

人工晶体学报, 2015, 44(9): 2343-2349.

微重力下静态磁场对浮区法硅单晶生长的影响

邹勇 ^1, , 张银 ^2, , 唐硕捷 ^3, , 马建军 ^4, , 黄护林 ^5,

1.南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016;安徽工业大学数理学院,马鞍山243032

2.南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016

3.南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016

4.安徽工业大学数理学院,马鞍山,243032

5.南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016

基金项目: 国家自然科学基金(51276089)

关键词：热毛细对流 , 浮区法 , 微重力 , 磁场 , 数值模拟

Effect of Static Magnetic Fields on Growth of Floating-zone Silicon Single Crystal under Microgravity

Keywords： thermocapillary convection , floating zone technique , microgravity , magnetic field , numerical simulation

考虑晶体生长界面的变形,利用有限体积方法对侧面加热的空间全浮区法硅单晶生长中熔区内的热质传输、流场及晶体生长界面位置和形态特征进行了数值研究.应用不同中等强度的轴向磁场和勾型磁场对硅熔体内的热毛细对流进行抑制.分析了静态磁场不同强度下熔区中的对流模式,研究表明,轴向和勾型磁场均能有效抑制熔体内的对流,并将热毛细对流挤压到自由表面附近.轴向磁场可有效抑制熔体的径向流动,但难以有效抑制轴向对流;勾型磁场则可以达到更好的控制熔体对流的效果.对不同强度下的固液面形态及位置分析发现:轴向磁场下固液面基本和无磁场时的重合,但磁场强度较小时固液面在自由表面边缘处向单晶侧有个凸起;勾型磁场作用下的固液面比较平滑,其中心区域较无磁场时整体向z轴正向偏移.研究结果可对浮区法晶体生长中获得高质量晶体提供帮助.

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