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分离结晶垂直Bridgman法生长CdZnTe晶体的全局数值模拟

张全壮  
【摘要】: 为了研究分离结晶垂直Bridgman法生长CdZnTe晶体生长系统内部的流动传热性质,建立了分离结晶垂直Bridgman法的物理和数学模型,使用FLUENT软件对多种工况下的分离结晶生长系统进行了全局数值模拟,得到了晶体生长系统的温度分布图、流函数分布图以及结晶界面形状图。分析了狭缝宽度(e)、坩埚半径(ro)、温度梯度对晶体生长系统的影响。 研究表明,在微重力条件下,随着狭缝宽度的增加,熔体顶部为固壁条件的分离结晶生长系统的最大流函数不断增大,而熔体顶部为自由界面的分离结晶生长系统却呈现相反的规律。但是,在相同的狭缝宽度下,熔体顶部为自由表面的晶体生长系统流动强度较熔体顶部为固壁条件的晶体生长系统强。且熔体顶部为固壁条件时,最大流函数发生在气液弯界面附近处,而熔体顶部为自由表面时,最大流函数产生在上自由表面附近处。在改变温度梯度时,随着温度梯度的增加,晶体生长系统的流动强度也在不断增加,且由于晶体生长系统低温端温度不断降低,使得结晶界面位置不断上升。 在常重力条件下,重力的作用随着坩埚半径(ro)增加而不断增强,最大流函数不断增加。同微重力条件相比,由于出现了浮力对流,常重力条件下的流动情况更为复杂,最大流函数发生在熔体上部因浮力—热毛细力共同驱动所造成的流胞中心处。同时,流胞中心位置也随着坩埚半径的增大而上升。除此之外,通过对气液弯界面处以及熔体上自由表面的速度和温度分布可以发现在各种半径条件下,对于熔体顶部为固壁边界条件以及自由表面边界条件时,气液弯界面处的速度和温度分布呈现相似的规律,且最大速度值均发生在ro=16mm时。


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