一种利用坩埚旋转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坩埚旋转强制驱动粘附气泡的方法。

背景技术：

1、目前，研究表明溶质分布不均匀、生长过程中熔体内部及边界存在的大量气泡均会导致缺陷产生，影响产品性能，进而为了使得熔体内部流动变得更加有序稳定，使得溶质分布均匀、晶体质量更好，在实际工业生产中会采用坩埚旋转进行晶体生长。

2、然而，目前坩埚旋转并未应用于气泡消除过程，使得生长得到的晶体的质量仍有待提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术旨在提出一种利用坩埚旋转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，本技术的技术方案为：

3、一种利用坩埚旋转强制驱动粘附气泡的方法，应用于晶体生长，包括：

4、根据熔体和盛放所述熔体的坩埚的尺寸结构参数，构建气泡运动模型；

5、在所述气泡运动模型的坩埚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坩埚旋转驱动所述气泡运动的过程；

6、采用多个坩埚转速分别驱动所述气泡运动模型中的熔体与所述垂直壁面、所述倾斜壁面之间不同接触角的气泡，并通过控制气体的注入时间调整所述气泡的等效直径，直至所述气泡发生定向滑移运动，以获取所述气泡的临界滑移参数；其中，所述临界滑移参数包括：所述气泡在临界滑移状态下的等效直径、迎风高度以及迎风侧最大速度；

7、根据多个所述坩埚转速对应的临界滑移参数，获取坩埚旋转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，利用所述坩埚旋转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，所述采用多个坩埚转速分别驱动所述气泡运动模型中的熔体与所述垂直壁面、所述倾斜壁面之间不同接触角的气泡，并通过控制气体的注入时间调整所述气泡的等效直径，直至所述气泡发生定向滑移运动，以获取所述气泡的临界滑移参数，包括：

10、对每个所述接触角，在所述气泡运动模型中所述坩埚的坩埚转速达到预设转速且保持稳定时，向所述气体入口注入所述气体以形成气泡；

11、向所述气体入口持续通入所述气体，待所述气泡发生滑移时，关闭所述气体入口并获取所述预设转速对应的临界滑移参数；

12、将所述坩埚转速按照预设梯度增加，并对每个所述坩埚转速，重复气体注入和临界滑移参数的获取过程，以得到多个所述坩埚转速分别对应的临界滑移参数。

13、进一步地，所述在气泡运动模型中所述坩埚的坩埚转速达到预设转速且保持稳定时，向所述气体入口注入所述气体以形成气泡，包括：

14、在所述气泡运动模型中所述坩埚的坩埚转速达到所述预设转速时，间隔预设时间获取所述熔体的流动参数，所述流动参数包括所述熔体的流动速度和流动方向；

15、在所述流动参数不发生变化的情况下，向所述气体入口注入所述气体以形成气泡。

16、进一步地，在所述向气体入口持续通入所述气体，待所述气泡发生滑移时，关闭所述气体入口并获取所述预设转速对应的临界滑移参数之前，所述方法还包括：

17、确定待生长的晶体的晶体类型；

18、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。

19、进一步地，所述通过所述气泡运动模型模拟坩埚旋转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，构建多相流模型；其中，所述多相流模型用于模拟所述坩埚旋转驱动所述气泡运动。

22、进一步地，所述根据多个所述坩埚转速对应的临界滑移参数，获取坩埚旋转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，根据每个所述坩埚转速和对应的位于所述垂直壁面的气泡的临界滑移参数，确定所述坩埚转速和所述气泡的等效直径之间的第一映射关系，以及，

24、根据每个所述坩埚转速和对应的位于所述倾斜壁面的气泡的临界滑移参数，确定所述坩埚转速和所述气泡的等效直径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，利用所述坩埚旋转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，确定所述坩埚旋转的第一目标转速；

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，确定所述坩埚旋转的第二目标转速；

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，采用所述第一目标转速进行坩埚旋转，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，采用所述第二目标转速进行坩埚旋转，以生长所述第二晶体。

34、进一步地，所述根据所述控制规律，利用所述坩埚旋转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，确定所述坩埚旋转的第一目标转速；

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，确定所述坩埚旋转的第二目标转速；

39、在所述第一目标转速大于所述第二目标转速的情况下，采用所述第一目标转速进行坩埚旋转，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、在所述第一目标转速小于所述第二目标转速的情况下，采用所述第二目标转速进行坩埚旋转，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，利用所述坩埚旋转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，确定所述气泡的接触角；

46、基于所述接触角，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，利用所述坩埚旋转强制驱动所述熔体中的气泡运动。

48、相比于现有技术，本技术提供的利用坩埚旋转强制驱动粘附气泡的方法具有以下有益效果：

49、一方面，本技术通过构建熔体和坩埚的气泡运动模型，通过气泡运动模型模拟坩埚旋转驱动气泡运动的过程，由于通过气泡运动模型能够模拟得到真实实验难以观察到的气泡运动过程，进而得到坩埚旋转驱动粘附气泡运动的控制规律，为实际晶体过程提供具有较高参考价值的坩埚旋转参数，由于根据控制规律进行坩埚旋转能够使气泡发生定向滑移运动，实现熔体中气泡的去除，使得制备得到的晶体的质量更高；另一方面，由于控制规律是模拟多个坩埚转速驱动不同壁面下、不同接触角的气泡的运动规律，能够为不同气泡情况的晶体生长提供指导，进而能够在实际晶体生长过程中，对于不同气泡分布和不同接触角的气泡均能够得到对应的控制规律，使得模拟得到的控制规律应用广泛；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。