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晶體生長模型化及數值模擬研究主要針對晶體生長過程中的流體流動、傳熱傳質、應力分布、摻雜分布以及缺陷形成等現象建立物理數學模型并進行數值模擬。強化這一領域的研究是快速提升我國晶體生長的研究水平、縮小與國外在半導體材料等方面差距的有效途徑。
中科院力學所陳啟生研究員領導的研究小組 ，發展了關于物理氣相輸運法(PVT)生長碳化硅的動力學理論模型，提出碳化硅生長速率與生長界面碳化硅蒸汽的過飽和度成正比；碳化硅蒸汽的輸運由擴散作用和固體物質膨脹性升華所產生的Stefan對流這兩種機制共同支配；從源到籽晶的碳化硅壓降克服了SiC組分對流擴散所產生的阻力及Knudsen層的阻力。研究小組以之為基礎進行了2英寸SiC晶體生長過程的模型化研究，模擬了具有復雜幾何形狀及多部件的整體系統中的磁場及溫度場，研究了生長爐內與晶體生長動力學耦合的蒸汽流動問題，發現感應加熱頻率對溫度分布及生長速率具有較大的影響，并成功預測了生長速度及晶體界面形狀隨軸向溫度梯度及惰性氣體壓力的函數關系。
在碳化硅晶體生長動力學理論模型的指導下，2004年課題組成功的生長出直徑為兩英寸、厚度為一英寸、具有較高質量的6H多型碳化硅單晶。其中通過對生長爐及生長過程的精確計算機模擬，迅速解決了碳化硅生長過程中出現的一些技術難題。
另外，課題組也對氨熱法生長氮化鎵單晶的過程進行了模型化研究。發現在氨熱法生長氮化鎵的過程中，分隔溶解區與生長區的隔板開孔大小對靠近隔板附近的流場振蕩以及溫度振蕩影響較大，這一結論可以為相應的晶體生長實驗研究提供理論指導。 |
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