微下拉法晶體生長數值模擬.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可以通過對其生長過程中的摻雜實現,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,則要求摻雜物均勻分布。然而由于熔體內特殊的對流結構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。因此,為了得到摻雜均勻分布的優(yōu)質晶體,有必要研究晶體生長過程中熔體內摻雜的分布規(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象的濃度邊界條件,并采用有限體積法對熔體內速度場、溫度場、濃度場進行耦合數值模擬和分析,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學模型進行數值模擬驗證。研究了不同傾角下改善模型內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,利用幾何結構的對稱性,選取1/8幾何區(qū)域進行數值模擬計算,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,調整浮區(qū)液橋高度并進行數值模擬計算,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。