Details

Данная работа посвящена реализации конечно-объемной методики расчета термоупругих напряжений в программном пакете CGSim3D и использование реализованного функционала для исследования термоупругих напряжений, возникающих при выращивании кристаллов. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Имплементация функционала в код программного пакета CGSim3D 2. Верификация программного модуля на нескольких модельных задачах и задаче возникновения термоупругих напряжений в кремниевой пластине вследствие ее нагрева лазерным излучением 3. Исследование возникающих термоупругих напряжений при решении сопряженной задачи выращивания кристаллов Ga2O3 методом EFG (edge-defined film-fed growth) при разной геометрической форме границы расплав-кристалл         Работа проведена с применением вычислительных средств и ресурсов компании ООО «Софт-Импакт». В результате был написан программный модуль, успешно верифицированный на двух модельных задачах и задаче возникновения термоупругих напряжений в кремниевой пластине при ее нагреве лазерным излучением. Для задачи моделирования термоупругих напряжений при росте кристалла Ga2O3 методом EFG показано, что разная геометрическая форма границы расплав-кристалл не существенно влияет на термоупругие напряжения. При этом было выяснено, что с помощью изменения скорости вытягивания кристалла можно управлять возникающими термоупругими напряжениями.

This work is devoted to the implementation of a finite volume method for calculating thermoelastic stresses in the CGSim3D software package and the use of the implemented functionality for studying thermoelastic stresses that arise during crystal growth. The tasks that were solved during the study: 1. Implementation of functionality in the code of the CGSim3D software package 2. Verification of the software module on several model problems and the problem of the occurrence of thermoelastic stresses in a silicon wafer due to its heating by laser radiation 3. Study of emerging thermoelastic stresses when solving the conjugate problem of growing Ga2O3 crystals by the EFG (edge-defined film-fed growth) method with different geometric shapes of the melt-crystal boundary The work was carried out with the use of computing facilities and resources of «Soft-Impact». As a result, a software module was written, successfully verified on two model problems and the problem of occurrence of thermoelastic stresses in a silicon wafer when it is heated by laser radiation. For the problem of modeling thermoelastic stresses during the growth of a Ga2O3 crystal by the EFG method, it was shown that different geometric shapes of the melt-crystal boundary do not significantly affect the thermoelastic stresses. At the same time, it was found that by changing the speed of crystal pulling, it is possible to control the arising thermoelastic stresses.

• Введение
• Обзор литературы
  • Историческое развитие линейной теории упругости
  • Явление термоупругости
  • Оптимизация технологии выращивания полупроводниковых кристаллов с использованием численного моделирования термоупругих напряжений
  • Основные методики численного расчета термоупругих напряжений
• Имплементация расчета термоупругих напряжений в программном пакете CGSim3D
  • Структура вычислительного пакета
  • Математическая модель термоупругих напряжений в изотропном случае
  • Конечно-объемная методика решения задач термоупругости
• Верификация программного модуля
  • Моделирование напряженно-деформированного состояния толстостенной трубы (задача Лямэ)
    • Постановка задачи
    • Аналитическое решение
    • Сопоставление результатов с аналитикой и с решением, полученным в Ansys Static Structural
  • Моделирование напряженно-деформированного состояния толстостенной трубы, вызванного термическими деформациями
    • Постановка задачи
    • Аналитическое решение
    • Сопоставление результатов с аналитикой и с решением, полученным в Ansys Static Structural
  • Моделирование термоупругих напряжений, возникающих в тонкой пластине при воздействии на нее лазерным излучением
    • Постановка задачи
    • Сопоставление результатов со статьей
    • Параметрическое исследование
      • Ортотропная постановка
      • Исследование влияния количества лучей на возникающие термоупругие напряжения
• Моделирование термоупругих напряжений, возникающих в кристалле Ga2O3, при выращивании методом EFG
  • Определение EFG
  • Постановка задачи
    • Геометрические размеры
    • Определяющие уравнения
      • Тепловая задача
      • Течение в расплаве
      • Электромагнитная задача
      • Термоупругие напряжения
    • Граничные условия
      • Тепловая задача
      • Течение в расплаве
      • Магнитный потенциал
      • Термоупругие напряжения
    • Подбор электрического потенциала под среднюю скорость роста
    • Свойства и дополнительные параметры
  • Расчетная сетка
  • Анализ результатов
• Заключение
• Список использованных источников