基于FLUENT融化模型的晶體CZ法生長過程仿真

如下圖所示，在一個直筒型的熱系統中，采用石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶半導體熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉動籽晶，并反轉坩堝，將籽晶緩慢向上提升，經過引晶、放大、轉肩、等徑生長、收尾等過程，由此，單晶半導體就生長出來了。該方法被稱為CZ法(連續直拉法）。

Cz法單晶生長過程中涉及凝固的流體流動問題，而Fluent多相流中的凝固模型非常適合用來模擬連續鑄造過程，本算例中將采用自定義函數設置固定的提拉速度，模擬固體材料不斷從鑄造區域被拉出的過程。熔融狀態的金屬半導體在坩堝內冷卻，坩堝邊界溫度為1400k，入口速度為0.00101m/s，溫度為1300k，出口速度為豎直0.001m/s，同時具有旋轉角速度1rad/s，溫度為500k，金屬自由液面溫度為1400k，由于馬蘭戈尼效應，存在表面張力梯度-0.00036n/m-k，固體邊界溫度為500k，同時存在相對于內部單元的旋轉速度1rad/s。具體邊界條件如下圖所示。

仿真計算結果如下圖所示

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