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作者：王君岚;李早阳;杨垚;祁冲冲;刘立军;
单位：西安交通大学能源与动力工程学院;
摘要：氧化镓单晶(β-Ga_2O_3)具有禁带宽度大、击穿场强高等优异性能，在高功率、深紫外等器件领域具有重要应用价值。导模法是生长大尺寸高品质氧化镓单晶的重要方法，然而导模炉内部加热与保温结构的周向对称性及模具与晶体的周向不对称性，容易导致晶体在宽度和厚度方向传热不均匀，从而引起结晶界面严重变形，影响晶体的稳定生长。本文综合考虑了导模炉内部包含氧化镓单晶各向异性热传导和热辐射吸收耦合作用在内的各种传热流动现象，开展了非轴对称结晶界面形状的动网格追踪，建立了导模法生长氧化镓单晶的三维全局传热数值模型，对比研究了2英寸与6英寸(1英寸=2.54 cm)氧化镓单晶生长过程的热量传递及结晶界面变形规律，评估了不同尺寸晶体生长的界面变形度，设计了减小6英寸晶体生长界面变形度的盖板结构。研究结果表明，6英寸氧化镓单晶生长在晶体宽度和厚度方向上表现出更加显著的传热不均匀，使大尺寸晶体生长时结晶界面变形度更大，晶体生长稳定性更差；盖板结构对晶体在宽度和厚度方向上的传热和界面变形度影响显著，厚盖板周向包裹晶体的结构能够为6英寸氧化镓单晶稳定生长创造适宜的条件。本文研究工作对于导模法稳定生长大尺寸高品质氧化镓单晶具有重要指导意义。
关键词：导模法;;氧化镓单晶;;各向异性导热;;热辐射吸收;;结晶界面变形度;;热量传递
基金资助：陕西省自然科学基础研究计划(2019JM-403)
