低プラントル混合対流振動場のカオス的挙動の解明

低普朗特混合对流振荡场混沌行为的阐明

• 批准号: 07750239
• 负责人: 岩本 光生
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Oita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750239/
• 关键词: チョクラルスキー法; 振動流; 低プラントル流体

本研究では半導体基板材料となるシリコン単結晶などの作成に用いられているチョクラルスキー法において、融液中に発生する周期的な振動流の発生条件を実験的に検討した。チョクラルスキー法ではルツボ内融液中に、結晶棒などの回転による強制対流と、結晶棒とルツボとの温度差による自然対流が共存し複雑な流れとなっている。このとき融液中に発生する振動流の発生機構を明らかにするため、小型チョクラルスキー法結晶育成装置を用い、融液中に発生する振動流の発生条件などを測定した。実験は直径76mmのルツボを用い、実験材料としてスズを用いた。実験条件として融液深さ79mm、結晶直径36mmとし、この時の無次元パラメータはGr=5.5×10^7,Pr=0.0140である。実験法方法としては、ルツボが静止した状態で結晶回転数のみを変化させ、この時の融液内温度の変化を融液中に設置した直径0.5mmのシース熱伝対により測定し、測定データをFFT解析した。まず結晶回転数が小さい0〜20rpmの自然対流支配の場合では、0.1K程度の短周期の温度変動が見られたのみであったが、結晶回転数を増し25rpm(Re=3.04×10^3、Gr/Re^2=5.79)になると、振動周期592秒、温度振幅0.296Kの周期的な温度振動が見られた。そしてさらに結晶回転数を増し、強制対流の影響が大きくなることの振動周期はゆっくり減少し、結晶回転数40rpm(Re=4.86×10^3、Gr/Re^2=2.27)では振動周期は107秒となった。このように結晶回転数の増加に伴い振動周期の減少がみられた。またルツボの温度分布が等温の場合と非軸対称の場合についても振動周期の比較を行い、非軸対称加熱の場合の方が振動の始まるGr/Re^2が大きく、かつ振動周期は長くなった。

In this study, the conditions for the generation of periodic vibration flow generated in a melt are investigated in the production of semiconductor substrate materials and single crystals. The temperature difference between the crystal rod and the inner melt is different from that of the natural melt. To determine the conditions for the generation of vibration flow in molten solution and in the use of a small-scale crystallization growing device. It is used in real-life instruments with a diameter of 76mm, as well as real-life materials and materials. The melt depth is 79mm, the crystal diameter is 36mm, and the time is zero. Gr=5.5× 10^7, Pr =0.0140. The method includes the following steps: setting the temperature of the melt at a certain time in a stationary state, determining the temperature of the melt at a certain time, and analyzing the temperature of the melt by FFT. When the crystal rotation number is small, 0 ~ 20rpm and natural convection current is dominant, short-period temperature fluctuation of about 0.1 K is observed, and when the crystal rotation number is increased to 25rpm(Re=3.04×10^3, Gr/Re^2=5.79), vibration period is 592 seconds, and temperature fluctuation of 0.296 K is observed. The number of crystallization cycles increased and the stress effect on the flow increased. The vibration period decreased. The number of crystallization cycles was 40rpm(Re=4.86×10^3, Gr/Re^2=2.27). The vibration period was 107 seconds. An increase in the number of crystallization cycles is accompanied by a decrease in the vibration cycle. The temperature distribution is isothermal, the vibration period is non-symmetrical, and the vibration period is large.