Управление ростом кристаллов и моделирование процессов тепломассопереноса для условий микрогравитации

• Автор: Стрелов, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.04.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 313 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ С ВЫСОКОЙ МИКРО- И МАКРООДНОРОДНОСТЬЮ СВОЙСТВ

В ЗЕМНЫХ И КОСМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

1Л. Особенности роста монокристаллов полупроводников

в условиях невесомости

1Л Л. Основные результаты, полученные при выращивании

монокристаллов

1 Л.2. Реальная микрогравитационная обстановка на борту

космических аппаратов

1.1.3. Моделирование процессов роста кристаллов для

метода направленной кристаллизации

1.1.4. Основные уравнения для математического описания

процесса кристаллизации в расплаве
1.1.5. Моделирование как средство изучения влияния
конвекции на однородность свойств выращиваемых кристаллов
1.1.6. Особенности дефектообразования в кристаллах
полупроводников
1.1.7. Макроскопические неоднородности и способы
их уменьшения
1.1.8. Микроскопические неоднородности и способы
их уменьшения
1.1.9. Основные задачи исследований процессов гидродинамики
и ТМП в условиях невесомости
1.1.10. Анализ результатов экспериментов по выращиванию
кристаллов на борту КА
1.2. Состояние работ по получению и исследованию
монокристаллов на основе гадолиний-галлиевого граната

1.2.1. Область существования твердого раствора гранатовой структуры
1.2.2. Основные требования к условиям получения монокристаллов со структурой граната
1.2.3. Исходные материалы и состав газовой атмосферы роста
1.2.4. Особенности гидродинамики в расплаве при выращивании монокристаллов со структурой граната
1.2.5. Влияние скорости роста и вращения на структурное совершенство кристаллов со структурой граната
1.2.6. Общие закономерности построения тепловых блоков — кристаллизаторов
1.2.7. Особенности тепловых полей в кристаллах со структурой фаната
1.2.8. Исследование дефектной структуры монокристаллов на основе гадолиний-галлиевого граната
Постановка задач исследований
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РОСТА КРИСТАЛЛОВ С МОДЕЛИРОВАНИЕМ УСЛОВИЙ
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ МИКРОГРАВИТАЦИИ
2.1. Разработка и оптимизация теплового блока-кристаллизатора
2.2. Модернизация полетного образца ростовой установки "Зона-ОЗ"
2.3. Процедура проведения эксперимента
2.4. Основные технические характеристики модернизированной ростовой установки “Зона - 03”
2.5. Интерфейс оператора - исследователя
Выводы из главы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ РОСТЕ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ

НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ ЗЕМНЫХ И
КОСМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ЗЛ. Определение тепловых граничных условий
3.2. Математическая модель
3.3. Расчетная модель
3.4. Влияние величины радиального температурного градиента на структуру и интенсивность конвективных течений в расплаве
для метода Бриджмена
3.5. Влияние величины осевого температурного градиента
на структуру и интенсивность конвективных течений в расплаве
для метода Бриджмена
3.6. Процессы массопереноса, обусловленные концентрационной конвекцией
3.7. Влияние скорости кристаллизации на продольную
сегрегацию примеси
Выводы из главы
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩАЮЩИХ УСКОРЕНИЙ НА ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ДЛЯ МЕТОДА НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
4.1. Влияние поступательных вибраций на микрооднородность структуры выращиваемых кристаллов
4.2. Математическая модель процессов тепломассопереноса при кристаллизации, учитывающая влияние подводимых к расплаву возмущающих ускорений
4.2.1. Осесимметричная постановка задачи
4.2.2. Граничные условия
4.2.3. Задание граничных условий при наложении торсионных

геометрических размеров системы, температурного градиента и уровня гравитации.
1.1.9. Основные задачи исследований процессов гидродинамики и ТМП
в условиях невесомости.
Гидромеханика и процессы тепло- и массообмена, являясь наиболее универсальными гравитационно-чувствительными процессами, лежат в основе научно-технических направлений, связанных с исследованиями в условиях микрогравитации и обеспечивающих соответствующие области науки и техники. Микрогравитационная среда является некоторым дополнительным ресурсом для тех или иных целей, например, для получения лекарственных веществ и биопрепаратов (космическая биотехнология), получения материалов и разделение веществ (космическое материаловедение), исследования различных физических процессов фундаментального характера в области жидкости.
Необходимо отметить, что именно проблемы получения высокосовершенных кристаллов в условиях микрогравитации, предложенные после первых технологических экспериментов по получению однородных монокристаллов полупроводников [93], поставили перед сформировавшимся к тому времени научным направлением - гидромеханикой невесомости [94], новые задачи, которые привели к развитию моделей конвективных процессов в невесомости [95]. Применительно к космическому материаловедению задачи исследований по физике жидкости в условиях микрогравитации можно разделить на две основных группы [96]
К первой относятся задачи, непосредственно связанные с получением материалов и веществ высокого качества. Это анализ, интерпретация выполненных технологических экспериментов, а так же изучение причин побочных эффектов (например, макро- и микронеоднородности
распределения примесей и др.) в условиях микрогравитации и разработка