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砷化镓单晶是继硅单晶以后的第二代重要的半导体材料,它是半导体器件和集成电路的重要原材料。液封直拉法是生长砷化镓单晶的最重要方法之一。坩埚中熔体的流动与传热、传质影响着晶体的质量。本文建立了LEC法和双坩埚LEC法砷化镓单晶生长中熔体内能量、动量和质量输运的物理模型和数学模型。模型中考虑了晶体/熔体界面的溶质分凝效应,研究了LEC法砷化镓单晶生长中熔体在不同晶体转速、不同坩埚转速、不同侧壁与晶体生长界面温差的流动、传热及Si掺杂的物质分布规律;也研究了双坩埚LEC法GaAs单晶生长中熔体在不同晶体转速、不同内坩埚转速、不同外坩埚转速的流动及传热规律,并在典型工况下研究了Si掺杂在熔体中的物质分布。结论如下:1.LEC法GaAs单晶生长中熔体输运①在不同晶体转速,不同坩埚转速,不同温差条件下晶体/熔体生长界面和轴线上Si的质量浓度呈非均匀分布。②在不同晶体转速条件下流函数和等温线分布变化相对不大,因为晶体的动量矩小,转速相对较低;不同晶体转速、不同坩埚转速、不同温差条件下,晶体/熔体生长界面Si的质量浓度最大值位置不同。③轴线上Si的质量浓度梯度在靠近晶体/熔体生长界面处较大。2.双坩埚LEC法GaAs单晶生长中熔体输运①晶体转速越大,晶体/熔体生长界面附近等温线越平直且等温线密度也越大。随着晶体转速增加,生长熔体平均湍动能呈上升趋势,r-z切面平均速度增大。②内坩埚转速越大,晶体/熔体生长界面附近等温线越凸向熔体。随着内坩埚转速增加,生长熔体平均湍动能稳定增大,r-z切面平均速度减小。③不同外坩埚转速对晶体/熔体生长界面等温线形状影响很小,这是因为小管大大削弱了外坩埚旋转对生长熔体流动与传热的影响。随着外坩埚转速增加,生长熔体平均湍动能先上升,然后保持稳定不变。r-z切面平均速度则始终基本不变。④Si在熔体中的质量浓度梯度除晶体/熔体生长界面和补充熔体进口处较大外,在小管内及其附近也较大。⑤晶体/熔体生长界面上Si的质量浓度分布不是均匀分布,轴线上Si的质量浓度在内外坩埚间变化较大。