Введение
Глава I. Общая характеристика процессов выращивания кристаллов из расплава и современные тенденции в проектировании и изготовлении термического оборудования 13
1.1. Тепловые процессы при выращивании кристаллов 13
1.2. Факторы, влияющие на процесс направленной кристаллизации 15
1.3. Методы направленной кристаллизации, их преимущества и недостатки 20
1.3.1. Метод Бриджмена 20
1.3.2. Метод зонной плавки 21
1.3.3. Метод Чохральского 23
1.4. Некоторые особенности выращивания монокристаллов разлагающихся соединений 24
1.5. Особенности существующих реализаций термических установок для выращивания кристаллов 26
1.6. Особенности существующих реализаций модульных структур термических установок для выращивания кристаллов 31
1.7. Постановка задачи 33
Выводы 35
Глава 2. Разработка модели многозонной термической установки 36
2.1. Описание объекта моделирования 36
2.1.1. Конструктивные особенности объекта моделирования 36
2.1.2. Температурное поле в рабочем объеме многозонной термической установки 42
2.2. Общие модельные представления о тепловых процессах при выращивании кристаллов и особенности подходов к расчету температурных полей в оборудовании для кристаллизации по Бриджмену 43
2.3. Разработка математической модели нагревательного модуля многозонной термической установки 60
2.4. Модель многозонной термической установки и формулировка математической задачи для ее численного анализа 68
2.5. Методика моделирования термических установок в пакете прикладных программ Comsol Multiphysics 72
2.6. Настройка параметров математической модели 80
Выводы 86
Глава 3. Разработка алгоритмов настройки и исследования тепловых процессов при выращивании кристаллов методом Бриджмена в многозонной термической установке численными методами 88
3.1. Основные этапы технологического процесса выращивания кристаллов в вертикальном варианте метода Бриджмена в многозонной термической установке 88
3.1.1. Процесс калибровки многозонной термической установки 88
3.1.2. Режимы технологического процесса выращивания кристаллов 90
3.2. Экспериментальные исследования по выращиванию монокристаллов ZnGeP2 в инновационной многозонной термической установке 93
3.3. Вычислительный эксперимент. Расчет скоростей роста, положения и формы фронта кристаллизации 95
3.3.1. Условия проведения вычислительного эксперимента 95
3.4. Исследование влияния конструкционных параметров термической установки и технологических параметров процесса выращивания кристаллов на факторы, определяющие качество растущего кристалла 102
3.4.1. Исследование влияния теплопроводности подставки ростового контейнера на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации 103
3.4.2. Исследование влияния теплопроводности теплопроводящих дисков нагревательных модулей на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации 105
3.4.3. Исследование влияния неоднородности распределения температуры боковой поверхности рабочего объема установки на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации 108
3.4.4. Влияние осевого распределения температуры в рабочем объеме на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации 111
3.4.5. Исследование влияния отношения коэффициентов теплопроводности кристалла и расплава на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации 113
3.4.6. Исследование влияния теплопроводности кристалла на осевые скорости роста кристалла, положение и форму фронта кристаллизации 115
3.5. Алгоритм оценки тепловых мощностей нагревательных элементов 118
Выводы 123
Глава 4. Разработка программно-алгоритмических средств управления многозонной термической установкой для выращивания кристаллов 125
4.1. Особенности управления многозонной термической установкой 125
4.2. Система управления многозонной термической установкой на основе программы термических режимов технологического процесса 128
4.3. Сопровождение процесса выращивания кристаллов с помощью пакета калибровочных моделей 142
4.4. Разработка системы управления многозонной термической установкой на основе математической модели в режиме советчика 149
Выводы 154
Заключение 155
Литература 158
Приложение 1. Теплофизические свойства веществ 170
Приложение 2. Акты внедрения результатов диссертационной работы 173
