一种利用行波磁场强制驱动粘附气泡的方法

本技术涉及晶体生长，特别是涉及一种利用行波磁场强制驱动粘附气泡的方法。

背景技术：

1、目前，通过外加行波磁场控制熔体内部热质传递、杂质输运等是一种行之有效的主动调节方法且已被成功应用。在实际晶体生长过程中，坩埚熔体内部、熔体与坩埚壁面处、凝固界面附近都存在着大量气泡，在晶体成品中也能够清晰看到在晶锭表面、晶锭底部存在着大量明显的孔洞缺陷，这将影响着晶体产品的质量。

2、然而，目前利用行波磁场去除熔体中的气泡并未见研究，是的晶体产品质量较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术旨在提出一种利用行波磁场强制驱动粘附气泡的方法，以解决目前生长得到的晶体质量仍较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种利用行波磁场强制驱动粘附气泡的方法，包括：

4、根据行波磁场发生线圈、熔体以及晶体生长炉的炉壁的结构参数，构建气泡运动模型；

5、在所述气泡运动模型的炉壁的垂直壁面和倾斜壁面设置气体入口，以模拟气泡的形成，并通过所述气泡运动模型模拟行波磁场产生的洛伦兹力驱动所述气泡运动的过程；其中，所述洛伦兹力基于预设转换关系和产生所述行波磁场的电流的电流强度得到，所述预设转换关系为所述电流强度与所述洛伦兹力之间的转换关系；

6、向所述气体入口通入气体形成不同接触角、不同壁面的气泡，待所述气泡达到预设等效直径时，关闭所述气体入口，并不断调节行波磁场发生线圈中通入的电流的电流强度，直至所述气泡发生定向滑移运动，以获得强制驱动所述气泡的临界电流强度；

7、根据多个所述气泡对应的临界电流强度，获取所述行波磁场产生的洛伦兹力对每个接触角的气泡的运动的控制规律；

8、根据所述控制规律，利用所述行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动所述熔体中的气泡运动，以生长出高质量的晶体。

9、进一步地，所述向所述气体入口通入气体形成不同接触角、不同壁面的气泡，待所述气泡达到预设等效直径时，关闭所述气体入口，并不断调节行波磁场发生线圈中通入的电流的电流强度，直至所述气泡发生定向滑移运动，以获得强制驱动所述气泡的临界电流强度，包括：

10、对每个所述接触角的气泡，向所述气体入口通入气体，待所述气泡达到所述预设等效直径时，关闭所述气体入口；

11、向所述行波磁场发生线圈施加交流电，并控制所述交流电的电流强度按照第一预设梯度增加，直至所述气泡发生定向滑移运动，获取所述临界电流强度；

12、将所述预设等效直径按照第二预设梯度增加，并对每个所述预设等效直径的气泡，重复电流强度调节和临界电流强度获取的过程，以得到多个所述预设等效直径分别对应的临界电流强度。

13、进一步地，在所述向气体入口通入气体，待所述气泡达到所述预设等效直径时，关闭所述气体入口之前，所述方法还包括：

14、确定待生长的晶体的晶体类型；

15、基于所述晶体类型，确定所述熔体的类型以及所述气体的成分。

16、进一步地，所述预设转换关系的获取步骤包括：

17、对所述气泡运动模型进行网格划分以获取所述熔体所处区域的单元中心坐标；

18、基于所述气泡运动模型中所述行波磁场发生线圈与所述气泡运动模型的对称轴之间的距离、通入所述行波磁场发生线圈的电流的电参数以及洛伦兹力公式，确定所述电流强度与所述单元中心坐标的洛伦兹力之间的预设转换关系。

19、进一步地，所述通过所述气泡运动模型模拟行波磁场产生的洛伦兹力驱动所述气泡运动的过程，包括：

20、将所述气泡运动模型导入仿真软件，并设置所述熔体的类型和通入所述气体入口的气体类型；

21、对所述气泡运动模型，设置所述气体入口的边界条件、所述坩埚的壁面边界条件以及所述坩埚边界的温度分布，并导入所述预设转换关系，构建流动传热模型；其中，所述流动传热模型用于模拟所述洛伦兹力驱动所述气泡运动的过程。

22、进一步地，所述根据多个所述气泡对应的临界电流强度，获取所述行波磁场产生的洛伦兹力对每个接触角的气泡的运动的控制规律，包括：

23、对每个所述接触角，根据多个位于所述垂直壁面的不同等效直径的气泡和每个所述气泡对应的临界电流强度，确定所述等效直径和所述临界电流强度之间的第一映射关系，以及，

24、根据多个位于所述倾斜壁面的不同等效直径的气泡和每个所述气泡对应的临界电流强度，确定所述等效直径和所述临界电流强度之间的第二映射关系；

25、将所述第一映射关系和所述第二映射关系，确定为所述控制规律。

26、进一步地，所述根据所述控制规律，利用所述行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动所述熔体中的气泡运动，以生长出高质量的晶体，包括：

27、获取第一晶体中多个空腔的尺寸参数和多个所述空腔在所述第一晶体中的分布情况；其中，所述第一晶体是按照预设生长方法生长得到，所述空腔是在所述第一晶体生长过程中的气泡形成的；

28、基于所述尺寸参数，确定制备所述第一晶体的熔体产生的气泡的等效直径；

29、针对位于所述垂直壁面的多个气泡，基于所述第一映射关系和所述等效直径，确定产生所述行波磁场的电流的强度为第一目标电流强度；

30、针对位于所述倾斜壁面的多个气泡，基于所述第二映射关系和所述等效直径，确定产生所述行波磁场的电流的强度为第二目标电流强度；

31、基于所述分布情况，确定多个所述空腔中位于所述垂直壁面的第一空腔数量，以及，确定多个所述空腔中位于所述倾斜壁面的第二空腔数量；

32、在所述第一空腔数量大于所述第二空腔数量时，采用所述第一目标电流强度的电流产生行波磁场，以生长第二晶体；其中，所述第一晶体的生长质量低于所述第二晶体的生长质量；

33、在所述第一空腔数量小于或等于所述第二空腔数量时，采用所述第二目标电流强度的电流产生行波磁场，以生长所述第二晶体。

34、进一步地，所述根据所述控制规律，利用所述行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动所述熔体中的气泡运动，以生长出高质量的晶体，包括：

35、获取第一晶体中多个空腔的尺寸参数和多个所述空腔在所述第一晶体中的分布情况；其中，所述第一晶体是按照预设生长方法生长得到，所述空腔是在所述第一晶体生长过程中的气泡形成的；

36、基于所述尺寸参数，确定制备所述第一晶体的熔体产生的气泡的等效直径；

37、针对位于所述垂直壁面的多个气泡，基于所述第一映射关系和所述等效直径，确定产生所述行波磁场的电流的强度为第一目标电流强度；

38、针对位于所述倾斜壁面的多个气泡，基于所述第二映射关系和所述等效直径，确定产生所述行波磁场的电流的强度为第二目标电流强度；

39、在所述第一目标电流强度大于所述第二目标电流强度的情况下，采用所述第一目标电流强度产生行波磁场，以生长第二晶体；其中，所述第一晶体的生长质量低于所述第二晶体的生长质量；

40、在所述第一目标电流强度小于所述第二目标电流强度的情况下，采用所述第二目标电流强度产生行波磁场，以生长所述第二晶体。

41、进一步地，所述基于所述尺寸参数，确定制备所述第一晶体的熔体产生的气泡的等效直径，包括：

42、根据多个所述空腔的尺寸参数，确定所述第一晶体的空腔的平均尺寸；

43、基于所述平均尺寸，确定制备所述第一晶体的熔体产生的气泡的等效直径。

44、进一步地，包括多个所述控制规律，不同的接触角对应不同的控制规律，所述根据所述控制规律，利用所述行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动所述熔体中的气泡运动，以生长出高质量的晶体，包括：

45、基于晶体生长的坩埚的材质，确定所述气泡的实际接触角；

46、基于所述实际接触角，从多个所述控制规律中确定目标控制规律；

47、根据所述目标控制规律，利用所述行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动所述熔体中的气泡运动。

48、相比于现有技术，本技术提供的利用行波磁场强制驱动粘附气泡的方法具有以下有益效果：

49、本技术通过构建行波磁场发生线圈、熔体以及晶体生长炉的炉壁组成的气泡运动模型，并在气泡运动模型设置气体入口，实现模拟气泡的形成以及行波磁场产生的洛伦兹力驱动气泡的过程，为研究行波磁场驱动气泡的规律提供行之有效的手段，由于研究过程通过模拟实现，避免实际试验过程中气泡检测需要外加设备导致的干扰问题；并且，通过模拟得到行波磁场产生的洛伦兹力强制驱动粘附于壁面的气泡的控制规律，进而方便在晶体生长过程中，基于控制规律调整行波磁场，使得生长得到的晶体的质量更高；此外，对于不同的晶体生长过程，仅需改变熔体的成分即可进行模拟得到对应的控制规律，使得控制规律的获取过程具有较强的通用性。