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化合物半导体材料GaAs 和InP 是微电子和光电子的基础材料。晶体中的位错会大大降低晶体的电学和光学性能。位错的产生归结于由温度梯度引起的热应力。采用有限单元法数值求解了LEC 法生长GaAs、InP 晶体以及LEFZ 法生长GaAs晶体中的热应力。GaAs、InP 晶体均假设为稳态轴对称下的线弹性体。分别研究了LEC 法生长出的GaAs 单晶中不同液封厚度(he),不同磁场强度(Hartmann 数,Ha),不同晶体转速(ωs)下的流动和传热所对应的热应力分布;研究了LEFZ 法生长出的GaAs 单晶中不同液封厚度(he),不同磁场强度(Ha),不同晶体转速(ωs)与进料棒转速(ωf)下的流动和传热所对应的热应力分布;也研究了LEC 法生长出的InP 单晶中不同液封厚度(he),不同磁场强度(Ha),不同提拉速度(Vs),不同晶体转速(ωs)以及不同坩埚转速(ωc) 下的流动和传热所对应的热应力分布。以上所提到的热应力计算均考虑了生长界面对应力的影响。通过绘制晶体中的等效应力(Von Mises)等值线图,直观反映出晶体中的热应力分布情况。所得到的结论如下: 1. LEC 法生长GaAs 单晶中热应力分布1) Von Mises 应力最大值出现在晶体外表面,不同情况下其大小不同,介于7.41MPa 和21.5MPa 间;2)液封内流动较弱时,Von Mises 应力最大值位于晶体外表面高于液封自由表面处;液封内流动较强时,应力最大值发生在液封内;3)靠近晶体外缘生长界面为凹界面且内凹显著时,应力最大值发生在液封内靠近生长界面处,且最大热应力值较大。生长界面形状对热应力分布和大小有显著的影响; 2. LEFZ 法生长GaAs 单晶中热应力分布1) Von Mises 应力最大值总出现在晶体侧壁。随着液封厚度的增加,晶体中应力最大值减小;随着晶体转速的增加,应力最大值略有增加;进料棒转速对应力最大值的影响不大;2)沿生长界面的应力分布,应力最大值和平均值与生长界面的形状有关。生长界面愈平,界面上的应力最大值和平均值愈小;界面变形愈大,界面上应力最大值和平均值愈大。与凸界面相比,凹界面会导致更大的生长界面的应力。3.LEC 法生长InP 单晶中热应力分布1)Von Mises 应力最大值的位置大多出现在生长界面靠近轴中心处。应力最大值主要受熔体与晶体之间换热量和生长界面的影响:随着液封厚度的增加,界面变形增大,但变形不明显,熔体与晶体之间的换热量减小,应力最大值随之减小;随着磁场强度的增加,熔体与晶体之间的换热量增加,生长界面由凸界面变