Erstarrung stark seigernder Zweistoffsysteme: Untersuchungen zum Bridgman-Verfahren an Mischungen der Elemente Germanium und Silizium
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Erstarrung stark seigernder Zweistoffsysteme
Autor: Helmers, Lennard
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Phys. Lennard Helmers, Köln Erstarrung stark seigernder Zweistoff Systeme Untersuchungen zum Bridgman- Verfahren an Mischungen der Elemente Germanium und Silizium Reihe 5 : Grund- und Werkstoffe Nr. 448 VM VERLAG
v Inhaltsverzeichnis Kurzfassung 1 Einführung und Motivation ......................... 1 Experimentelle und numerische Verfahren und Untersuchungen...... 2 Bewertung von Konzentrationsprofilen mit Grenzschichtmodellen . . 2 Kristallzüchtungsversuche....................... 3 Experimentelle Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit..... 5 Analyse des konvektiven Transports in der Schmelze......... 8 Ergebnisse, Interpretation und Ausblick .................. 10 1 Einleitung 12 1.1 Motivation................................ 12 1.2 Das System Germanium und Silizium................. 13 1.3 Einige Eigenschaften von Gei_ x Si x .................. 14 1.4 Verfahren zur gerichteten Erstarrung................. 16 1.5 Stofftransport in der Schmelze..................... 17 1.6 Stabilität der Phasengrenze ...................... 19 2 Durchführung und Bewertung der Kristallzüchtungsversuche 24 2.1 Grenzschichtmodelle .......................... 24 2.1.1 Bewertung des Stofftransports mit Grenzschichtmodellen . . 24 2.1.2 Anwendung von Grenzschichtmodellen auf das System Ger. x Si x ............................ 27 2.1.3 Ein neues Grenzschichtmodell für die Bridgman-Züchtung von Gei_ x Si x .......................... 31 2.1.4 Berechnete Konzentrationsprofile der festen Phase...... 35 2.2 Experimente zur Kristallzüchtung................... 39 2.2.1 Die Bridgman-Anlage...................... 39 2.2.2 Aufbau der Kartuschen..................... 41 2.2.3 Untersuchungen zur Mikrostruktur der Proben........ 46 2.2.4 Deutung der mikrostrukturellen Befunde........... 52 2.3 Aussagen mit dem neuen Grenzschichtmodell............. 55 2.3.1 Bestimmung der Konzentrationsprofile............ 55 2.3.2 Bewertung mit dem neuen Grenzschichtmodell........ 56 2.3.3 Vergleich mit Experimenten aus der Literatur........ 61
VI 3 Untersuchungen zur Konvektion 71 3.1 Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit........ 71 3.1.1 Auswahl eines Meßverfahrens................. 71 3.1.2 Laufzeitbestimmung aus der Korrelation von Temperaturschwankungen .......................... 74 3.2 Durchführung der Messung und Auswertung............. 78 3.2.1 Aufbau der Kartuschen zur Geschwindigkeitsmessung .... 78 3.2.2 Versuchsdurchführung und Auswertung............ 82 3.2.3 Ergebnisse............................ 87 3.3 Bewertung der konvektiven Durchmischung mit einem numerischen Modell.................................. 90 3.3.1 Grundlagen der Modellvorstellung............... 90 3.3.2 Numerische Realisierung des Modells............. 94 3.3.3 Aussagen mit dem numerischen Durchmischungsmodell ... 97 4 Diskussion der Ergebnisse 104 4.1 Resultate der Untersuchung des Seigerungsverhaltens........104 4.2 Beurteilung der Kristallqualität....................108 4.3 Ausblick.................................108 5 Anhänge 110 5.1 Materialkennwerte ...........................110 5.2 Analyse der Kristallstreifungen mit hochenergetischer Röntgenstrahlung ................................112 6 Literaturverzeichnis 116
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