一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备

本申请涉及单晶生长，特别是一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备。

背景技术：

1、氧化镓是一种新型的超宽禁带半导体材料，氧化镓单晶还具有独特的紫外透过特性以及低的能量损耗、高的热稳定性和化学稳定性等优点，是制造高温高频高功率微电子器件、日盲紫外光电探测器、紫外透明导电电极的优选半导体材料。

2、在生长氧化镓单晶的过程中常采用多个加热器进行加热及温度控制，然而，在实际生长过程中，多个加热器功之间的功率配置及功率降低速率均会对氧化镓的结晶质量和结晶效率产生影响。例如，当功率降低速率过快，则容易导致氧化镓结晶质量不佳，而功率降低速率过慢，则容易导致氧化镓结晶时间过长，能耗过大。因此，有必要开发一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备，确定氧化镓单晶生长过程中的最合适的加热功率相关参数。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

2、本申请实施例的第一方面，提供了一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，包括：

3、对单晶炉进行几何建模，得到几何模型；所述单晶炉为布里奇曼法生长氧化镓单晶炉或垂直梯度凝固法生长氧化镓单晶炉；

4、基于所述几何模型，对所述单晶炉内各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；

5、通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；所述目标功率配比为，单晶炉侧面上下两个加热器各自的加热功率在总加热功率中的占比；

6、根据氧化镓在所述结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；

7、重新模拟在所述目标功率配比下，按照所述新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；

8、将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与所述目标功率配比匹配的最佳降温速率方案。

9、本申请实施例第二方面还提供了一种用于氧化镓单晶生长的加热功率匹配装置，所述装置包括：

10、数值建模模块，用于对单晶炉进行几何建模，得到几何模型，所述单晶炉为布里奇曼法生长氧化镓单晶炉或垂直梯度凝固法生长氧化镓单晶炉；基于所述几何模型，对所述单晶炉内各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；

11、热场模拟模块，用于通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；所述目标功率配比为，单晶炉侧面上下两个加热器各自的加热功率在总加热功率中的占比；

12、方案调整模块，用于根据氧化镓在所述结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；

13、模拟模块，用于重新模拟在所述目标功率配比下，按照所述新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；

14、最佳降温速率方案确定模块，用于将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与所述目标功率配比匹配的最佳降温速率方案。

15、本申请实施例第三方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现本申请实施例第一方面所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法中的步骤。

16、本申请实施例第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本申请实施例第一方面所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法中的步骤。

17、本申请实施例第五方面还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在电子设备上运行时，使处理器执行时实现如本申请实施例第一方面所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法中的步骤。

18、本申请实施例提供的一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备，该方法包括：对单晶炉进行几何建模，得到几何模型；所述单晶炉为布里奇曼法生长氧化镓单晶炉或垂直梯度凝固法生长氧化镓单晶炉；基于所述几何模型，对所述单晶炉中的各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；所述目标功率配比为，单晶炉侧面上下两个加热器各自的加热功率在总加热功率中的占比；根据氧化镓在结晶生长过程中是否有液泡出现，以及，凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；重新模拟在所述目标功率配比下，按照所述新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与所述目标功率配比匹配的最佳降温速率方案。

19、本申请所提出的方法，通过建立单晶炉的传热流动数值模型，模拟在目标功率配比(在加热总功率一定的情况下，多个加热器的功率比)下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程。从而根据模拟结果(氧化镓在结晶生长过程中是否有液泡出现，以及，凝固时间的长短)不断调整降温速率方案，直至找到最佳降温速率方案，实现加热器功率配比(目标功率配比)与凝固速率(降温速率方案)的匹配，得到氧化镓单晶生长过程中的最合适的加热功率(即降温速率)，从而实现在不影响单晶生长质量的前提下，提高氧化镓结晶速度，减少能耗。

技术特征：

1.一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述根据氧化镓在所述结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案，包括：

3.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述根据氧化镓在所述结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案，包括：

4.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程，包括：

5.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述基于所述几何模型，对所述单晶炉内各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型，包括：

6.根据权利要求5所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述设定所述几何模型中各个区域的控制方程，包括：

7.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求1所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配装置，其特征在于，所述装置包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-8中任一项所述的氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法。

技术总结本申请提供了一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备，涉及单晶生长技术领域，该方法为：对单晶炉进行几何建模和网格划分，设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；通过传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；根据氧化镓在结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；重新模拟在目标功率配比下，按照新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与目标功率配比匹配的最佳降温速率方案。技术研发人员：李早阳,祁冲冲,史睿菁,王君岚,周亮宇,刘立军受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11