Düşük sıvı yüksekliğiyle ve eksenel titreşimle büyütülmüş germanyum tek kristallerin nümerik simülasyonu

Bu çalışmada Vertical Bridgman (VB), Axial Heat Processing (AHP), ve Axial Vibrational Control (AVC) olmak üzere üç tek yönlü büyütme yöntemiyle eriyikten antimon katkılı germanyum (Ge-Sb) kristallerinin büyütülmesi incelenmiştir. VB yönteminde, radyal ısı girdisi doğal konvektif akışa sebep olmaktadır. Konvektif akış homojen olmayan katışkı dağılımına neden olmaktadır ve bu yüksek kalite kristallerde istenmemektedir. AHP yönteminde yüksek iletkenliğe sahip bir aparatın (baffle) eriyike daldırılmasıyla eriyik yüksekliği azaltılır ve katı/sıvı ara yüzünün yakınındaki konvektif akışı değiştirir. Sonuç olarak, katışkı segregasyonu azaltılmış ve tek kristal boyu arttırılmış olur. AVC yönteminde, eriyike daldırılmış aparatın eksenel titreşimi büyüme bölgesinde konvektif akış yaratır ve bu da kristal kalitesini etkiler. Titreşim frekansındaki ve genliğindeki değişimler katı/sıvı ara yüzünün yakınında çeşitli konvektif akış türleri oluşturur. Titreşim frekansı ve genliğinin doğru şekilde ayarlanması kristal kalitesini arttırabilir. Eriyik yüksekliği, çekme hızı, ve titreşen aparatın genliği ve frekansının katışkı dağılımına, elde edilen tek kristal boyuna, ve morfolojik kararlılığına etkisini görmek için altı antimon katkılı germanyum kristal yukarıda bahsedilen yöntemlerle büyütülmüştür. Her üç yöntem için de farklı büyütme parametreleriyle nümerik simülasyonlar yapılmış ve sonuçları deneylerin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlarda görülen arayüzey şekli simülasyonlarla desteklenmiştir. Eriyik akışının karakteri ve kristal büyümesine etkilerini daha iyi anlamak için deney parametrelerinden farklı parametrelerle ilave simülasyonlar yapılmıştır. Akış modeli ve sıcaklık dağılımı, çeşitli çekme hızları, eriyik yükseklikleri ve titreşimsel parametrelerle tespit edilmiştir. Doğal konvektif akışın VB ve AHP yöntemlerinde, yaratılmış konvektif akışın ise AVC yönteminde katılaşma oranı, ara yüz şekli, ve büyütülmüş kristal kalitesi üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Azaltılmış eriyik yüksekliği ve uygun şekilde ayarlanmış eksenel titreşim genliği ve frekansı kristal kalitesini ve üretimini arttırdığı gözlenmiştir.