引上げ法による単結晶育成時の流動ならびに伝熱特性に関する研究

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単結晶育成時の融液、結晶内の温度場、流れ場を推測する手段として計算機シミュレーションとシミュレーション実験があるが、本年度は主に計算機シミュレーションを行った。即ち、擬定常、軸対称の仮定のもとで連続式、Navier-Stokes方程式及びエネルギー方程式を解くことにより速度、温度場を、固液界面での温度条件、Young-Laplace式より固液界面、融液自由表面形状を求めた。尚解析手法にはガラーキン有限要素法を用いた。ここではシリコンを対象とし、様々な操作条件下(結晶,るつぼの回転,るつぼ壁温)で数値解析を行った。得られた数値解析結果は比較的小さな結晶径の場合に限られるが融液自由表面,固液界面形状も含め、融液,結晶内部の温度分布及び速度分布を予測できるものと考えられ、特に育成時マランゴニー効果あるいは融液自由表面形状の流れ場に及ぼす影響が大きいことがわかった。また、実操作において固液界面形状をできる限り平担にするための一手段として炉内への輻射熱遮蔽体の挿入を考え、熱伝導支配の仮定のもとで結晶、融液内の温度場を解析することにより、界面形状に及ぼす遮蔽体の影響を検討した。尚、この場合の対象もシリコンである。その結果、遮蔽体の形状あるいは挿入位置を適切に選択すると固液界面形状をかなり平坦に近くできることがわかった。シミュレーション実験については現在装置を作製中であり、今後この装置を用いて、結晶、るつぼの回転速度あるいはるつぼ壁と結晶の温度差を変えることにより共存対流域でのモデル流体中の流れ及び伝熱状態を明らかにする予定である。