Моделювання теплового стану комірки апарата високого тиску при вирощуванні кристалів нітриду ґалію

Abstract

З використанням методу скінченних елементів досліджено тепловий стан спеціально сконструйованої комірки апарата високого тиску типу «тороїд–40» для проведення експериментів з вирощування кристалів нітриду ґалію методом температурного градієнта. Досліджено вплив зміни концентрації складу нагрівачів на тепловий стан комірки високого тиску. Визначено, що однакова концентрація графіту у верхньому і нижньому торцевих нагрівачах призводить до відхилення від бажаної горизонтальної орієнтації ізоліній температури у ростовому об’ємі. За умови, коли концентрація графіту у нижньому нагрівачі більша за концентрацію у верхньому, і ця різниця перевищує 4 % за масою, топологія температурних полів набуває горизонтальної орієнтації, але це призводить до неприйнятного збільшення осьового градієнта температури. Сприятливі умови для синтезу кристалів GaN (за параметрами градієнта і топології ізоліній температури) створюються за умови, коли концентрація графіту у нижньому нагрівачі змінюється в інтервалі 9–11 %, а у верхньому – менша на 2–3 % за масою. В результаті дослідження впливу кристалізованої фази GaN на розподіл температури у зразку Fe–GaN отримано зменшення температури в контрольних точках ростового об’єму (до 5 °С). Побудовано залежність максимального перепаду температури у ростовому об’ємі від розміру зони кристалізації.