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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本申请提供了一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法、装置和设备，涉及单晶生长技术领域，该方法为：对单晶炉进行几何建模和网格划分，设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；通过传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；根据氧化镓在结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；重新模拟在目标功率配比下，按照新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与目标功率配比匹配的最佳降温速率方案。

主权项：1.一种氧化镓单晶生长的加热功率匹配方法，其特征在于，所述方法包括：对单晶炉进行几何建模，得到几何模型，所述单晶炉为布里奇曼法生长氧化镓单晶炉或垂直梯度凝固法生长氧化镓单晶炉；基于所述几何模型，对所述单晶炉内各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型；通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；所述目标功率配比为，单晶炉侧面上下两个加热器各自的加热功率在总加热功率中的占比；根据氧化镓在所述结晶生长过程中是否有液泡出现，以及凝固时间的长短，调整得到新的降温速率方案；重新模拟在所述目标功率配比下，按照所述新的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程；将能够满足氧化镓在结晶生长过程中不产生液泡且凝固时间最短的降温速率方案，确定为与所述目标功率配比匹配的最佳降温速率方案；其中，所述基于所述几何模型，对所述单晶炉内各个区域进行网格划分，并设置边界条件和控制方程，得到传热流动数值模型，包括：基于所述几何模型，对所述单晶炉内部各区域进行网格划分；定义所述几何模型内部的各个部件间的边界条件和工作压力；设定所述几何模型中各个区域的控制方程，并进行离散，得到离散方程；将各个部件的物性参数带入所述离散方程中，得到所述传热流动数值模型；对所述模型网格中的每一个节点赋予一个初值，所述初值包括：氧化镓全部熔化时的该网格节点的速度、温度和压力；所述通过所述传热流动数值模型，模拟在目标功率配比下，按照设定的降温速率方案，氧化镓从完全熔化到结晶完成的结晶生长过程，包括：根据预先编写的用户自定义文件中的所述降温速率方案，控制加热器区域的离散方程中热源的参数变化，得到本次求解的离散方程，将所述初值代入所述本次求解的离散方程中进行求解，求解得到的值表征当前时刻的传热流动数值模型中的热场信息和流场信息；将求解得到的值作为下一轮求解的初值，进行迭代求解，直至求解所得到的氧化镓的自由界面上各个网格节点的温度值，小于氧化镓的熔点，得到所述结晶生长过程中的热场分布；所述设定所述几何模型中各个区域的控制方程，包括：设定所述几何模型中的氧化镓固液界面所在区域的相变方程，所述相变方程如下： 其中，H＝h+ΔH；H为氧化镓熔体或晶体的总焓，h为氧化镓熔体或晶体的显焓，ΔH为相变过程的潜热，ρ为氧化镓熔体密度，λ为氧化镓熔体导热系数，u为氧化镓熔体的速度，ΔH由如下公式计算得到： 其中，Lh为相变潜热，T0为氧化镓熔点，T为当前时刻熔体或晶体区域的温度。

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