物理气相传输(PVT)法制备4H-SiC单晶热应力及位错滑移建模

卢圣瓯1, 韩学峰1
1浙江大学杭州国际科创中心
发布日期 2024

采用有限元方法建立了4H-SiC单晶生长过程热弹性应力和位错滑移的数值模型,考虑了晶体直径、生长温度和离轴生长的影响。利用COMSOL Multiphysics软件的固体传热和热辐射物理场,计算了晶体生长炉内二维轴对称全局温度场,将计算得到的晶体二维温度分布通过软件转化为三维温度分布。基于固体力学和数学模块的域微分方程物理场进行了三维各向异性热应力和位错密度的计算。通过软件定义了位错滑移平面的法向量和滑移方向,计算得到了沿基平面和棱柱面滑移方向的分解剪切应力。通过在软件中建立旋转坐标系来考虑籽晶离轴角对晶体生长的影响,通过参数化计算实现了不同离轴角情况下的对比。数值结果表明:1.大尺寸晶体中棱柱面滑移引起的BPDs所占比例增大,而基面滑移所占比例减小。2. 晶体内温差的增大会显著增加滑移应力,而绝对温度的影响不明显。3.正轴生长情况下,基平面和棱柱面滑移应力在晶体内部分别呈现6次和12次对称分布。离轴角较小时几乎不会影响棱柱面滑移应力,但基面滑移应力会显著增加。这项工作为进一步理解PVT-SiC的基面滑移和棱柱滑移行为提供了一种途径。

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