Experimentally verified numerical simulation of single crystal growth process with a low melt height and an axial vibration
Düşük sıvı yüksekliğiyle ve eksenel titreşimle büyütülmüş tek kristallerin deneysel olarak onaylanmış nümerik simülasyonu
- Tez No: 529695
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCAN BALIKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Bu Ph.D. tezi antimony (Sb) ile katkılı germanyum (Ge) tek kristallerinin deneysel ve sayısal simülasyon ile kristal büyümesini incelemektedir. Bu araştırma 212M030 numaralı TÜBİTAK projesinin bir parçasıdır. Ge-Sb'nin sıvıdan tek kristal büyümesi, Vertical Bridgman (VB), Axial Heat Processing (AHP) ve Axial Vibrational Control (AVC) yöntemleri ile incelenmiştir. Metot bağımlı büyüme parametrelerinin büyütülen tek kristallerin kalitesi üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Bu amaçla, iki farklı çekme hızı (10 mm/saat ve 20 mm/saat), farklı başlangıç sıvı yükseklikleri (5 mm, 10 mm, 14 mm ve 58 mm) ve üç farklı titreşim parametre seti (2 mm genlik ve 0.25 Hz frekans, 0.25 mm genlik ve 1 Hz frekans, 0.25 mm genlik ve 25 Hz frekans) ile yedi farklı kristal büyütülmüştür. Katışkı atomlarının en homojen yeniden dağılımı, en küçük dislokasyon yoğunluğu, ve en yüksek tek kristal uzunluğu en düşük çekme hızıyla (10 mm/saat) büyütülen bir AHP kristalinde elde edildiği gözlenmiştir. Ancak, AVC tekniğindeki titreşim parametrelerinin optimum kontrolü, iki kat çekme hızıyla neredeyse aynı kristal kalitesini elde etmeyi ve üretim verimliliğin artmasını mümkün kılmıştır. Diğer taraftan, büyüme parametrelerinin konvektif akış üzerindeki etkilerini araştırmak için global ve yerel sayısal simülasyonlar yapılmıştır. Ayrıca, sayısal simülasyonların sonuçları, deneysel gözlemlerin daha iyi ve güvenilir yorumlanmasına katkıda bulunmuştur. İlaveten, simülasyon sonuçları, büyüme parametrelerinin sıcaklık ve katışkı dağılımı, akış şekli ve arayüzey şekli üzerindeki etkilerini araştırmak için deneysel çalışma yapan araştırmacılara yararlı bilgiler sağlamaktadır. Simülasyon sonuçları, sıvıdaki akışın hızının ve hem sıvı hem de kristal içindeki sıcaklık alanın değerlerini sağlar. Bu bilgilere göre, sıvı yüksekliğinin ayarlanması ve sıvıdaki titreşim parametrelerinin optimize edilmesi, özellikleri iyileştirilmiş kristallerin büyütülmesine katkı sağlar.
Özet (Çeviri)
This Ph.D. dissertation investigates experimental and numerical crystal growth of antimony-doped germanium (Ge-Sb) single crystals. The investigation is a part of the TUBITAK project 212M030. The single crystal growth of Ge-Sb from the melt is investigated by the Vertical Bridgman (VB), Axial Heat Processing (AHP), and Axial Vibrational Control (AVC) techniques. The effects of method dependent growth parameters on the quality of the grown single crystals have been analyzed. To this end, two different pulling rates (10 mm/h and 20 mm/h), different initial melt heights (5 mm, 10 mm, 14 mm, and 58 mm), and three different sets of vibrational parameters (2 mm amplitude and 0.25 Hz frequency, 0.25 mm amplitude and 1 Hz frequency, and 0.25 mm amplitude and 25 Hz frequency) are applied in the growth of seven different crystals. It is observed that the highest single crystal length with the most homogeneous solute redistribution and the least dislocation density are achieved in an AHP crystal which is grown with the lowest pulling rate (10 mm/h). However, it is determined that an appropriate control of the vibration parameters in the AVC technique makes it possible to achieve almost the same crystal quality with doubled growth rate, so the production yield is decreased. Moreover, global and local numerical simulations are performed in order to investigate the effects of the growth parameters on the convective flow patterns. Also, results of the numerical simulations contribute to make better and more reliable interpretations of the experimental observations. The simulation results provide useful information for the experimentalists to investigate the effects of growth parameters on the temperature and solute distribution, flow pattern, and the interface shape. According to the numerical results, it is possible to clarify how the insertion of the baffle, adjusting the melt height, and optimizing the vibrational parameters of the baffle contribute the thermal and the solutal homogenization in the melt, interface stability, and consequently improved crystal quality.
Benzer Tezler
- Düşük sıvı yüksekliğiyle ve eksenel titreşimle büyütülmüş germanyum tek kristallerin nümerik simülasyonu
Numerical simulation of germanium single crystals grown with a low melt height and an axial vibration
POUYA YOUSEFI LOUYEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. ERCAN BALIKCİ
- Güneş hücresinin dinamik devre modelinin elde edilmesi
Obtaining dynamic circuit model of solar cell
ANSOUMANA NOUMOU DJITE
- Santrifüj kuvvet altında tekstil içerisindeki su hareketinin incelenmesi
Investigation of water flow in porous textile under centrifugal forces
FATİH KASAP
Doktora
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
- Li-iyon batarya modelinin en uygunlaştırılması ve batarya bozunumunun incelenmesine katkılar
Contributions to optimization of Li-ion battery models and analysis of battery degradation
HAKAN İNCESU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Sabit ve değişen genlikli dalgaları ile beslenen asenkron performans etüdü
Başlık çevirisi yok
H.ERGUN BEYENAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. A. FAİK MERGEN