基于非平衡热力学理论的浅液层内热毛细对流的研究

本课题属于热力学、流体力学和材料科学相互交叉的开拓性研究项目，主要利用非平衡热力学理论研究半导体晶体材料Czochralski法生长过程中浅液层内热毛细对流的稳定性、热流体波的形成机制、基本特性及控制方法。首先，采用线性稳定性理论和里亚普诺夫(Lyapunov)V函数法分析浅液层内热毛细对流的稳定性，确定失稳的临界条件、预示失稳后耗散结构型式；然后，采用数值模拟获取浅液层内流动失稳后速度、温度和熵产的空间分布规律和时间演变规律，通过分析流动过程中动能涨落、热能涨落和熵产的相互关系来探讨热流体波形成的物理机制，得到各种条件下波长、波幅、波数以及传播方向的变化规律；结合实验，研究磁场、晶体和（或）坩埚旋转对热流体波的形成条件和基本特性的影响，寻找控制熔体温度涨落的有效方法。本研究对于丰富和发展浅液层内的热毛细对流及其稳定性理论、改进半导体晶体生产过程、提高产品质量具有重要理论意义和实用价值。