碳化硅是宽带隙半导体材料的典型代表,是制造高电压,高温度,高电流密度等极端条件下使用的器件的优良材料。PVT法是目前广泛使用的单晶生长方法。生长过程中包括复杂的物理化学变化,很难精确控制系统的热场。因此,要准确了解生长系统中的温度场来有效控制碳化硅晶体的生长,需要对生长过程热分布规律研究。相对于实验生长,数值模拟可以提供更多的信息,从而有利于改进生长系统,优化生长工艺。本文对生长过程中温度场和热应力问题进行了研究。本文运用基于有限元法的VR-PVT软件对PVT法生长碳化硅的过程进行了模拟。软件集成了热量和质量传输,生长动力学,热应力和位错模块。首先,计算了碳化硅生长过程中的温度场,探讨了籽晶温度,轴向温度梯度,压力对生长速率的影响以及热场的瞬态分布,同时分析了生长过程中的粉末演变以及对生长的影响;其次,研究了碳化硅晶体中的热应力分布规律,探讨了不同籽晶安装方式对应力和位错密度的影响;最后,讨论了设备的尺寸因素对生长过程的影响,包括坩埚的壁厚、位置以及绝热层上部开孔的大小等。结果表明:生长腔中的温度分布不均匀,生长速率随籽晶温度和温度梯度的提高而提高,随生长腔压力的提高而降低。随着生长的进行,生长速率逐渐减缓,靠近坩埚壁的粉料升华,粉料表面发生再结晶。不同的籽晶安装方式,生长的晶体中的热应力不同,导致位错密度不同。因此要选择合适的安装方式,来减少应力。同时,当坩埚壁厚度大于2 mm时,随厚度的增加籽晶表面温度降低,晶体生长速率反而有所提高。不同的坩埚位置会带来不同的热场分布。越接近上部开孔,轴向梯度越大,生长速率和热应力随之增大。改变上部开孔大小可以控制辐射散出的热量,从而改变温度场。开孔越大,晶体的生长速率和生长腔内的温度梯度越大,同时热应力也越大。通过上述关键问题的研究,为优化碳化硅的生长过程,得到高质量大尺寸碳化硅晶体提供给了理论指导。