《浮區法晶體生長中非均勻旋轉磁場對流控制研究》是依託西南大學，由姚麗萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：浮區法晶體生長中非均勻旋轉磁場對流控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚麗萍
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現代高精尖科技的迅猛發展對晶體材料提出了純度更高、尺寸更大等苛刻要求。微重力環境下浮區法晶體生長技術因其無坩堝污染且可生長更大尺寸單晶而備受關注。在晶體生長中，熔體的對流控制是晶體質量控制的關鍵之一。本項目擬研究不同構形的外加非均勻旋轉磁場（二極對、三極對非均勻旋轉磁場和組合磁場）對微重力下浮區熔體對流的控制機理，建立三維磁流體動力學模型，採用計算流體動力學手段研究，明確主要影響因素，定性分析各影響因素如旋轉磁場強度、旋轉頻率等參數對浮區熔體對流的動力學特性及溫度分布的影響，並採用譜元法對熔體對流的穩定性進行分析，探索生長高質量晶體的最佳化方案。本項目擬為空間微重力技術條件下採用浮區法製備高質量大尺寸單晶材料奠定理論基礎。
結題摘要
微重力環境下浮區法晶體生長技術因其無坩堝污染且可生長更大尺寸單晶，可為現代高科技的快速發展提供支撐。在晶體生長中，熔體的對流控制是晶體質量控制的關鍵之一。本項目研究不同構形的外加旋轉磁場對微重力下浮區熔體對流的控制機理，建立三維磁流體動力學模型，採用計算流體動力學手段研究，定性分析各影響因素如旋轉磁場強度、旋轉頻率等參數對浮區熔體對流的動力學特性及溫度分布的影響，並採用譜元法對旋轉磁場下熔體對流的穩定性進行分析，探索生長高質量晶體的最佳化方案。研究結果表明：（1）微重力外加二極對非均勻旋轉磁場的周向攪拌作用下，液橋的最大周向速度得到顯著提高，而最大軸向速度得到有效地抑制，三維液橋表面張力對流得到有效控制並轉變為二維軸對稱定常流動。（2）隨著Ma數的增加，非均勻旋轉磁場作用下的液橋表面張力對流將會產生失穩由定常軸對稱流動直接轉變為三維周期性振盪流動。（3）當Ma較小時，外加二極對非均勻旋轉磁場作用下，隨著磁場強度的增加，液橋熔體對流將會產生3次失穩，即首先由周向波數為2（k=2）的周期性振盪對流轉變為二維軸對稱定常流動，進而轉變為周向波數為1（k=1）的周期性振盪對流，最後又轉變為二維軸對稱定常流。（4）外加非均勻與均勻旋轉磁場均對液橋熔體產生周向的攪拌作用和軸向對流的抑制作用。定量分析得到，與相同強度的均勻旋轉磁場相比，二極對非均勻旋轉磁場作用下液橋熔體的最大軸向速度得到有效地抑制，其具有更有效地對流控制作用。本項目研究結果可為空間微重力條件下採用浮區法製備高質量大尺寸單晶材料提供理論知識儲備
