半透明晶体生长过程内部辐射的研究和晶体成品的实验测试

摘要

蓝宝石晶体材料广泛应用于微电子、光电、医疗等多个领域，在现代科技中扮演着重要角色。目前提拉法是蓝宝石最主要的生产方法之一，随着人们使用要求的日益提高，生长高质量的蓝宝石成为一项重要的研究课题，而生长过程中界面形状直接决定着蓝宝石晶体产品的质量。
　　本文重点研究提拉法生长蓝宝石晶体过程中的内部辐射，包括内部辐射和不同类型的包裹体（铱金属杂质和气泡等）对晶体生长界面形状的影响。通过计算流体动力学软件Fluent对提拉法生长蓝宝石过程进行了二维和三维数值模拟，计算出不同生长条件下的晶体生长界面形态。对于内部辐射，本文通过运用不同辐射模型初步模拟并进行对比，最终选择离散坐标系模型进行计算，目的是尽可能准确地获得生长界面形状。对于包裹体，本文根据实际情况进行了定性的简化建模，通过改变局部区域的光学性质并运用辐射模型进行计算，获得了存在包裹体的情况下晶体生长界面的形状。结果表明，考虑蓝宝石生长过程中的内部辐射后，晶体生长界面凸度比不考虑内部辐射的凸度大；晶体和熔体吸收系数的增大会导致晶体生长界面凸度增大；晶体中心或者表面部位的包裹体使相应部位界面形状弯曲，不透明包裹体（铱金属杂质等）使其向上弯曲，透明包裹体（气泡等）使其向下弯曲；三维效应导致生长炉内温度场和流场的非轴对称性被展示出来。本文对内部辐射和包裹体的综合研究对实际生产中因包裹体导致的晶体缺陷有一定的参考价值。
　　同时，本文对蓝宝石晶片成品的质量检测方法和设备也进行了总结和归纳，这为生长高质量蓝宝石晶片提供了后期检测技术的参考。

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1. 引言

1.1 蓝宝石简介

1.2 提拉法简介

1.3 国内外研究现状与发展方向

1.4 本文研究内容及意义

2. 热辐射的基本理论与模型选择

2.1 热辐射的基本理论

2.2 辐射传输方程

2.3 各辐射模型简介与选择方法

2.4 不同辐射模型对晶体生长界面模拟准确性验证

3. 提拉法生长蓝宝石的数学模型

3.1 流动特性

3.2 传热特性

3.3 理论建模

3.4 参数设置

3.5 FLUENT软件简介

4. 计算结果与分析

4.1 二维模拟结果分析

4.2 三维模拟结果分析

4.3 结论

5. 晶体成品的实验测试

5.1 质量检测指标

5.2 常用质量检测设备与方法

6. 论文总结与展望

6.1 论文总结与创新点

6.2 不足与展望

致谢

参考文献