Numerical analysis of seeding process during Czochralski growth of oxide single crystals

Numerische Analyse des Ankeimprozesses bei der Züchtung von Oxid-Einkristallen nach dem Czochralski-Verfahren

  • A series of two-dimensional and three-dimensional quasi-steady state numerical simulations have been performed for the initial stages (seeding process) of the Czochralski (CZ) growth of oxide crystals using the finite element method (FEM). We have considered different cases and configurations with respect to real systems in the CZ-dielectrics laboratory of the Institute for Crystal Growth (IKZ). Using induction heating in metallic parts as heat source the fluid flow and temperature field were determined in the whole CZ system. The aim of these calculations was to investigate and reveal the effect of several parameters such as the geometry and location of an active afterheater with respect to the crucible, arrangement and design of thermal insulation, crucible bottom shape, and seed rotation rate on the flow and temperature field of the system and the seed-melt interface shape. The results demonstrate that the temperature and fluid flow in the gas domain is strongly affected by an active afterheater and its insulation as well as theirA series of two-dimensional and three-dimensional quasi-steady state numerical simulations have been performed for the initial stages (seeding process) of the Czochralski (CZ) growth of oxide crystals using the finite element method (FEM). We have considered different cases and configurations with respect to real systems in the CZ-dielectrics laboratory of the Institute for Crystal Growth (IKZ). Using induction heating in metallic parts as heat source the fluid flow and temperature field were determined in the whole CZ system. The aim of these calculations was to investigate and reveal the effect of several parameters such as the geometry and location of an active afterheater with respect to the crucible, arrangement and design of thermal insulation, crucible bottom shape, and seed rotation rate on the flow and temperature field of the system and the seed-melt interface shape. The results demonstrate that the temperature and fluid flow in the gas domain is strongly affected by an active afterheater and its insulation as well as their geometry and position. The results also show the important role played by the seed rotation rate for influencing the shape of the seed-melt interface.show moreshow less
  • Eine Reihe zwei- und drei-dimensionaler Rechnungen für eine quasi-stationäre Situation des Ankeimprozesses bei der Czochralski-Züchtung (CZ) oxidischer Kristalle wurde mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) durchgeführt. Diese Simulation bezieht sich auf aktuelle Züchtungsversuche im Dielektrika-Labor des Institutes für Kristallzüchtung (IKZ), d.h. ausgehend von der induktiven Heizung der metallischen Teile (Tiegel, Nachheizer) sind die Strömungen in der Schmelze und im Gasraum, sowie die Temperaturverteilung in der gesamten Anlage berechnet worden. Es war das erklärte Ziel den Einfluss verschiedener Parameter, sowie Anordnung und Geometrie von Tiegel, Nachheizer und Isolation herauszuarbeiten. Insbesondere der Wechselwirkung zwischen der Rotationsrate des Keimes und der Form der Phasengrenze Keim/Schmelze wurde besondere Bedeutung geschenkt. Die Ergebnisse zeigen, dass Strömung und Temperaturverteilung im Gas stark durch Form und Position eines aktiven Nachheizers beeinflusst werden. Schliesslich ist es mit Hilfe der numerischenEine Reihe zwei- und drei-dimensionaler Rechnungen für eine quasi-stationäre Situation des Ankeimprozesses bei der Czochralski-Züchtung (CZ) oxidischer Kristalle wurde mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) durchgeführt. Diese Simulation bezieht sich auf aktuelle Züchtungsversuche im Dielektrika-Labor des Institutes für Kristallzüchtung (IKZ), d.h. ausgehend von der induktiven Heizung der metallischen Teile (Tiegel, Nachheizer) sind die Strömungen in der Schmelze und im Gasraum, sowie die Temperaturverteilung in der gesamten Anlage berechnet worden. Es war das erklärte Ziel den Einfluss verschiedener Parameter, sowie Anordnung und Geometrie von Tiegel, Nachheizer und Isolation herauszuarbeiten. Insbesondere der Wechselwirkung zwischen der Rotationsrate des Keimes und der Form der Phasengrenze Keim/Schmelze wurde besondere Bedeutung geschenkt. Die Ergebnisse zeigen, dass Strömung und Temperaturverteilung im Gas stark durch Form und Position eines aktiven Nachheizers beeinflusst werden. Schliesslich ist es mit Hilfe der numerischen Simulation möglich die Form der Phasengrenze fest/flüssig genau zu bestimmen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Mohammad Hossein Tavakoli
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-145
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dieter Schmeißer
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/07/24
Release Date:2006/09/21
Tag:Ankeimprozess; Czochralski-Verfahren; Kristallzüchtung; Temperaturverteilung
Czochralski method; Heat transfer; Induction heating; Seeding process
GND Keyword:Kristallzüchtung; Czochralski-Verfahren
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Angewandte Physik / Sensorik
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