1.一种液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述方法包括:获取液相法生长碳化硅系统的坩埚内壁面的形状参数以及结构信息;所述形状参数包括:坩埚内壁面的内径和圆角半径;通过改变所述坩埚内壁面的内径或圆角半径,得到多组不同的所述形状参数;
根据所述形状参数和所述结构信息,建立各组所述形状参数所对应的几何模型,并对所述几何模型进行计算网格划分,设置所述几何模型中对应计算网格的边界条件,设置传热流动控制方程和组分输运控制方程,得到各组所述形状参数所对应的数值计算模型;
分别基于不同的所述形状参数所对应的数值计算模型,模拟传热流动与组分输运过程得到各个数值计算模型所对应的模拟结果;
根据所述模拟结果,计算第一指标参数、第二指标参数和第三指标参数;所述第一指标参数为碳化硅晶体生长速度最大不均匀率,所述第二指标参数为单位时间内碳化硅晶体总析出量,所述第三指标参数为碳化硅晶体生长速度的标准差;
根据不同的所述形状参数所对应的所述第一指标参数、所述第二指标参数和所述第三指标参数,确定所述液相法生长碳化硅系统中坩埚内壁面的最佳形状参数。
2.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述根据所述模拟结果,计算第一指标参数、第二指标参数和第三指标参数,包括:根据所述模拟结果中的组分输运控制方程,确定硅熔体区域的各个网格处的碳浓度;
根据所述各个网格处的碳浓度,计算面网格处的碳浓度,与线网格处的碳浓度之间的碳浓度差,其中,所述面网格位于硅熔体一侧最靠近碳化硅晶体生长界面的位置,所述线网格位于碳化硅晶体生长界面;
根据所述碳浓度差,计算所述第一指标参数、所述第二指标参数和所述第三指标参数。
3.根据权利要求2所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述根据所述碳浓度差,计算所述第一指标参数、所述第二指标参数和所述第三指标参数,包括:按照如下公式,根据所述碳浓度差,计算晶体生长界面的各个网格的晶体生长速度:; ;
其中, 表示网格处的晶体生长速度, 表示速度转化常数, 表示所述碳浓度差,表示硅熔体一侧垂直于碳化硅晶体生长界面的单位距离, 表示碳在硅熔体的质量扩散系数, 表示碳化硅的摩尔质量, 表示碳化硅的密度, 表示硅的密度;
根据所述各个网格的晶体生长速度,按照如下公式计算所述第一指标参数:;
其中, 表示碳化硅晶体生长界面的网格的晶体生长速度最大值, 表示碳化硅晶体生长界面的网格的晶体生长速度最小值, 表示碳化硅晶体生长界面的平均生长速度;
根据所述碳浓度差,计算各个网格处的碳化硅晶体析出量;
将碳化硅晶体生长界面每一个网格的所述碳化硅晶体析出量进行累加,得到所述第二指标参数;
按照如下公式,根据所述碳浓度差,计算所述第三指标参数:
;
其中,k表示在晶体生长界面上分布的网格数量, 表示在碳化硅晶体生长界面上分布的第i个网格处的晶体生长速度, 表示碳化硅晶体生长界面的平均生长速度。
4.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述根据不同的所述形状参数所对应的所述第一指标参数、所述第二指标参数和所述第三指标参数,确定所述液相法生长碳化硅系统中坩埚内壁面的最佳形状参数,包括:对于不同的所述形状参数,从中选择内径均为目标内径,圆角半径互不相同的第一候选形状参数;
根据各个所述第一候选形状参数所对应的第一指标参数中的最小值,确定所述目标内径所对应的最佳圆角半径;将所述目标内径与所述目标内径所对应的最佳圆角半径的组合,确定为第二候选形状参数;
遍历各个内径,重复上述步骤,确定不同内径所对应的最佳圆角半径,得到多个所述第二候选形状参数;
根据各个所述第二候选形状参数所对应的第一指标参数、第二指标参数和第三指标参数,从中确定所述液相法生长碳化硅系统中坩埚内壁面的最佳形状参数。
5.根据权利要求4所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述根据各个所述第二候选形状参数所对应的第一指标参数、第二指标参数和第三指标参数,从中确定所述液相法生长碳化硅系统中坩埚内壁面的最佳形状参数,包括:在第一指标参数最小值所对应的所述第二候选形状参数有且仅有一个的情况下,将其确定为所述最佳形状参数;
在所述第一指标参数最小值所对应的所述第二候选形状参数有多个的情况下,将所述第一指标参数最小值所对应的多个第二候选形状参数确定为第三候选形状参数;
在第二指标参数最大值所对应的所述第三候选形状参数有且仅有一个的情况下,将其确定为所述最佳形状参数;
在所述第二指标参数最大值所对应的所述第三候选形状参数有多个的情况下,将所述第二指标参数最大值所对应的多个第三候选形状参数确定为第四候选形状参数;
将第三指标参数最小值所对应的所述第四候选形状参数,确定为所述最佳形状参数。
6.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述对所述几何模型进行计算网格划分,包括:对溶解边界层进行网格划分,设置所述溶解边界层在硅熔体一侧的第一层网格厚度为
0.05mm,添加10层边界层网格,每层网格之间的生长率为1.2;所述溶解边界层为坩埚与硅熔体的交界面;
对析出边界层进行网格划分,设置所述析出边界层在硅熔体一侧的第一层网格厚度为
0.01mm,添加15层边界层网格,每层网格之间的生长率为1.2,所述析出边界层表示硅熔体与晶体的交界面。
7.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述传热流动控制方程包括:连续性方程: ;
动量方程: ;
能量方程: ;
其中, 表示求梯度;表示速度; 表示密度;p表示压力; 表示动力粘度;表示重力加速度; 表示热膨胀系数;T表示网格处的温度; 表示参考温度; 表示比热容;
表示热导率; 表示热源; 表示速度梯度的转置; 表示感应电流密度; 为磁感应强度。
8.根据权利要求7所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述组分输运控制方程为:;
其中, 表示求梯度; 表示密度;表示速度; 表示碳的摩尔浓度; 表示碳在硅熔体的质量扩散系数; 表示求二阶导数。
9.根据权利要求1所述的液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定方法,其特征在于,所述设置所述几何模型中对应计算网格的边界条件,包括:为所述几何模型中的坩埚与硅熔体的交界面添加溶解边界条件;
为所述几何模型中的硅熔体与晶体的交界面添加析出边界条件;其中,所述溶解边界条件和所述析出边界条件相同,均表示为如下公式:;
其中, 为硅的摩尔质量; 为硅的密度;e为数学常数欧拉数;T为网格处的温度,Ceq为碳在硅熔体中溶解的平衡浓度。
10.一种液相法生长碳化硅的坩埚内壁面形状确定装置,其特征在于,应用于权利要求
1‑9中任一项所述的方法,所述装置包括:
形状参数获取模块,用于获取液相法生长碳化硅系统的坩埚内壁面的形状参数以及结构信息;所述形状参数包括:坩埚内壁面的内径和圆角半径;通过改变所述坩埚内壁面的内径或圆角半径,得到多组不同的所述形状参数;
数值计算模型构建模块,用于根据所述形状参数和所述结构信息,建立各组所述形状参数所对应的几何模型,并对所述几何模型进行计算网格划分,设置所述几何模型中对应计算网格的边界条件,设置传热流动控制方程和组分输运控制方程,得到各组所述形状参数所对应的数值计算模型;
模拟模块,用于分别基于不同的所述形状参数所对应的数值计算模型,模拟传热流动与组分输运过程,得到各个数值计算模型所对应的模拟结果;
参数计算模块,用于根据所述模拟结果,计算第一指标参数、第二指标参数和第三指标参数;所述第一指标参数为碳化硅晶体生长速度最大不均匀率,所述第二指标参数为单位时间内碳化硅晶体总析出量,所述第三指标参数为碳化硅晶体生长速度的标准差;
坩埚形状确定模块,用于根据不同的所述形状参数所对应的所述第一指标参数、所述第二指标参数和所述第三指标参数,确定所述液相法生长碳化硅系统中坩埚内壁面的最佳形状参数。