Hydromechanic instability of crystals growth by Czochralski method

Рассмотрен один из механизмов гидромеханической неустойчивости при выращивании кристаллов из расплава методом Чохральского, связанный с явлением образования «холодных термиков» в подкристальной области. С этой целью проанализированы результаты, полученные по двум математическим моделям: 1 - без и 2 - с учетом процесса кристаллизации. В первом случае модельной жидкостью был этанол, а положение фронта кристаллизации задавалось изотермой кристаллизации и было неизменным. В рамках такого подхода были исследованы особенности перехода от стационарного течения жидкости к его неустойчивым модам, сопровождающимся формированием, развитием и отрывом «холодного термика» от фронта (изотермы) кристаллизации. Во втором случае модельными расплавами были два материала с температурой плавления, близкой к комнатной: гептадекан и галлий, которые существенно различаются коэффициентами теплопроводности. В этом случае было изучено влияние термомеханических параметров на формирование формы фронта кристаллизации и возникновение гидромеханической неустойчивости в виде «холодных термиков». The mechanism of hydromechanical instability during Czochralski crystal growth from a melt is considered, which is associated with the formation of “cold plumes” under the crystal. For this purpose, the results obtained by two mathematical models: 1 - without and 2 - taking into account the crystallization process are analyzed. In the first case, an ethanol was as the model fluid, and the position of the crystallization front was set by the crystallization isotherm and was unchanged. Within the framework of this approach, the features of a transition from a stationary fluid flow to its unstable modes were studied, which are accompanied by the formation, development, and separation of “cold plumes” from the crystallization front (isotherm). In the second case, the model melts were as two materials with a melting point close to room temperature: heptadecane and gallium, which significantly differ in thermal conductivity. In this case, the influence of thermomechanical parameters on the formation of the crystallization front shape and the occurrence of hydromechanical instability in the form of "cold plumes"was studied.