Модели, алгоритмическое и программное обеспечение системы управления многозонной термической установкой для выращивания кристаллов

• Автор: Филиппов, Максим Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

1.1. Тепловые процессы при выращивании кристаллов.

1.2. Факторы, влияющие на процесс направленной кристаллизации

1.3. Методы направленной кристаллизации, их преимущества и недостатки

1.3.1. Метод Бриджмена

1.3.2. Метод зонной плавки

1.3.3. Метод Чохральского.

1.4. Некоторые особенности выращивания монокристаллов разлагающихся соединений

1.5. Особенности существующих реализаций термических установок для выращивания кристаллов
1.6. Особенности существующих реализаций модульных структур термических установок для выращивания кристаллов

1.7. Постановка задачи

Глава 2. Разработка модели многозонной термической установки

2.1. Описание объекта моделирования.
2.1.1. Конструктивные особенности объекта моделирования.
2.1.2. Температурное поле в рабочем объеме многозонной термической установки.
2.2. Общие модельные представления о тепловых процессах при выращивании кристаллов и особенности подходов к расчету
температурных полей в оборудовании для кристаллизации по Бриджмену
2.3. Разработка математической модели нагревательного модуля многозонной термической установки.
2.4. Модель многозонной термической установки и формулировка математической задачи для ее численного анализа.
2.5. Методика моделирования термических установок в пакете прикладных программ Сошбо МиШрйуБЮБ.
2.6. Настройка параметров математической модели.
Глава 3. Разработка алгоритмов настройки и исследования тепловых процессов ири выращивании кристаллов методом Бриджмена в многозонной термической установке численными методами.
3.1. Основные этапы технологического процесса выращивания кристаллов в вертикальном варианте метода Бриджмена в многозонной термической установке.
3.1.1. Процесс калибровки многозонной термической установки
3.1.2. Режимы технологического процесса выращивания кристаллов
3.2. Экспериментальные исследования по выращиванию монокристаллов 2пвеР2 в инновационной многозонной термической установке
3.3. Вычислительный эксперимент. Расчет скоростей роста, положения и формы фронта кристаллизации.
3.3.1. Условия проведения вычислительного эксперимента
3.4. Исследование влияния конструкционных параметров термической установки и технологических параметров процесса выращивания кристаллов на фактор,I, определяющие качество растущего кристалла.
3.4.1. Исследование влияния теплопроводности подставки ростового контейнера на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации
3.4.2. Исследование влияния теплопроводности теплопроводящих дисков нагревательных модулей на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации
3.4.3. Исследование влияния неоднородности распределения температуры боковой поверхности рабочего объема установки на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации.
3.4.4. Влияние осевого распределения температуры в рабочем объеме на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации
3.4.5. Исследование влияния отношения коэффициентов теплопроводности кристалла и расплава на осевые скорости роста кристалла и форму фронта кристаллизации
3.4.6. Исследование влияния теплопроводности кристалла на осевые скорости роста кристалла, положение и форму фронта кристаллизации .
3.5. Алгоритм оценки тепловых мощностей нагревательных элементов 8 Выводы
Глава 4. Разработка программноалгоритмических средств управления многозонной термической установкой для выращивания кристаллов
4.1. Особенности управления многозонной термической установкой
4.2. Система управления многозонной термической установкой на основе программы термических режимов технологического процесса.
4.3. Сопровождение процесса выращивания кристаллов с помощью пакета калибровочных моделей.
4.4. Разработка системы управления многозонной термической установкой
на основе математической модели в режиме советчика
Выводы.
Заключение
Литература


По теме диссертации опубликовано работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Личным вклад автора. Основная часть диссертации выполнена лично автором. Автор участвовал в постановке задач исследований. Лично им разработана модель многозонной термической установки, проведены вычислительные эксперименты. Автором разработаны методики и алгоритмы управления процессом выращивания кристаллов, реализовано программноалгоритмическое обеспечение системы управления. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа содержит 9 страниц машинописного текста, рисунка, таблиц, список литературы из 9 наименований. ГЛАВА I. Двухфазная система твердая фаза расплав, изолированная от внешнего пространства, может существовать в равновесном состоянии сколь угодно долго только при одной температуре Тт, называемой точкой плавления или кристаллизации. Термодинамическое равновесие системы в точке кристаллизации обеспечивается тем, что локальные изменения температуры в любой точке объема рассматриваемой системы компенсируются выделением или поглощением, соответственно скрытой теплоты кристаллизации Г данного вещества в этой точке. Чтобы вызвать рост твердой фазы за счет жидкой, необходимо обеспечить отвод скрытой теплоты кристаллизации от системы во внешнюю среду, т. Таким образом, любая кристаллизационная система является неравновесной и в ней существует тепловой поток, направленный от расплава к твердой фазе. Поверхность раздела фаз фронт кристаллизации будет неподвижной, если на всей поверхности фронта кристаллизации выполняется условие непрерывности теплового потока, т. Если условия подачи тепла к расплаву и условия теплоотвода от твердой фазы стационарны, то пространственное положение и форма фронта кристаллизации формируются таким образом, чтобы обеспечить выполнение условия непрерывности теплового потока. Следовательно, кристаллизация веществ может быть реализована только в нестационарных условиях снижения мощности источника тепла, подаваемого в расплав, и усиления теплоотвода от твердой фазы. Условие непрерывности тепловых потоков должно выполняться и для нестационарного случая, следовательно, на фронте кристаллизации будет соблюдаться точный баланс между мощностью теплового потока через твердую фазу теплоотвод и суммой мощности теплового потока через жидкую фазу подвод тепловой энергии с мощностью, необходимой для теплоотвода скрытой теплоты кристаллизации внутренний генератор теплоты, появляющийся только при наличии стока. При этом, массовая скорость кристаллизации твердой фазы и, соответственно, линейная скорость перемещения фронта кристаллизации, определяются не полным теплопереносом через границу раздела фаз, а скоростью отвода от расплава скрытой теплоты кристаллизации генератор тепловой энергии через твердую фазу и, следовательно, зависят от теплопроводности кристаллизующегося вещества и от реализующегося в нем градиента температуры мощность внутреннего стока, который, в свою очередь, связан со скоростью теплопередачи во внешнюю среду мощность внешнего стока. Чохральского и метод Степанова или комбинированный вариант через кристалл и стенки тигельных устройств метод Бриджмена, зонная плавка. Классификацию методов можно продолжить и по другим признакам, связанным с особенностями окружения кристаллизация в вакууме или в газонаполненном варианте, с особенностями материала высокая химическая активность, высокое давление при температуре плавления или по источникам энергии для формирования расплава пламя горелки, электрические резистивные нагреватели, высокочастотное электромагнитное поле, энергия лазерного излучения и др. Однако в любом из случаев направленной кристаллизации требуется термическая система, способная создавать и поддерживать некоторое температурное поле с распределением температуры, позволяющим воспроизводимо получать нужный материал с нужными для практических приложений свойствами параметрами. Безусловно, комплекс основных факторов при кристаллизации определяется самим рабочим веществом.