【摘 要】
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本文利用自主发展的基于非正交网格和空间二阶精度有限体积法程序对氨热法晶体生长过程进行了数值模拟。氨热法生长氮化镓晶体时采用液态氨作为溶剂，通过选择合适的温度、压力
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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本文利用自主发展的基于非正交网格和空间二阶精度有限体积法程序对氨热法晶体生长过程进行了数值模拟。氨热法生长氮化镓晶体时采用液态氨作为溶剂，通过选择合适的温度、压力及隔板开孔获得最优的营养素的输运以及晶体的生长。对于多孔介质层，采用Darcy-Brinkmann-Forchheimer运动方程描述；对于流体层，采用Navier-Stokes方程描述。建立了晶体生长动力学模型，并求解与生长动力学边界条件耦合的组分输运方程，从而预测组分浓度分布及晶体的生长速率。具体开展了以下四方面的研究内容：
一、模拟了隔板开孔对晶体生长的影响。分别对中心开孔与边缘开孔等面积情况与非等面积情况的比较，发现隔板开孔率一定时，如果中心孔与边缘孔面积一样，通过中心孔的流量较大。然后，对研究级高压釜(内径2.22cm)隔板开孔率进行了优化。在正溶解率的情况下，隔板开孔率较小时，流动不稳定，溶解区的溶质不能很好的输运到籽晶的附近，隔板开孔太小不能生长晶体。同时模拟了负溶解率的生长过程，同样隔板开孔太小不能生长晶体。
二、研究了正溶解率情况下，籽晶高度对晶体生长的影响。籽晶高度增加时，籽晶周围的温度明显降低。当籽晶高度低子一定的值(28cm)生长速率随着籽晶高度的增加而增大。当籽晶高度大于一定的值(28cm)生长速率随着籽晶高度的增加反而减少。
三、研究了正溶解率情况下高压釜(内径4.44cm)，原料(前体物)的粒径对晶体生长的影响。通过模拟发现，原料的粒径增加时，多孔介质区的流动明显增强。中间物通过中心孔的输运量起初随着原料尺寸增加而增大，当原料尺寸大于3mm，再增加原料尺寸输运量不再增加。
四、研究隔板开孔率10％高压釜内径对溶质输运的影响。发现了对于大尺寸氮化镓晶体生长系统，隔板开孔较小的情况下也可以生长晶体；发现了对于大尺寸氮化镓晶体生长系统，原料粒径在某一值(3mm)附近最有利于晶体生长。
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