Виртуальный Реактор^*: Двумерный программный пакет для моделирования роста объемных кристаллов SiC и AlN сублимационным методом

Пакет "Виртуальный Реактор" разработан для моделирования сублимационного роста объемных кристаллов карбида кремния и нитрида алюминия с использованием современных моделей поверхностной кинетики, необходимых для адекватного описания ростового процесса.

Интерфейс Чтобы открыть скриншот в полную величину, кликните по нему мышкой. Рис. 1. Задание моделируемой ростовой системы Рис. 2. Задание физических свойств Рис. 3. Редактирование базы данных со свойствами материалов Рис. 4. Визуализаци полученных результатов

В связи с тем, что экспериментальная оптимизация ростового процесса является, как правило, крайне ресурсоемкой, существенную помощь в разработке ростовой технологии оказывает математическое моделирование, производимое с использованием программного обеспечения, позволяющего предсказывать наиболее важные особенности процесса роста. Пакет "Виртуальный Реактор" обеспечивает ростовых инженеров всей необходимой информацией о разнообразных физических процессах, протекающих при росте объемных кристаллов и определяющих их качество. Он позволяет предсказывать конечный размер и качество выращенного кристалла, а также распределение на всех стадиях роста во всей ростовой системе и вдоль ее границ температуры, тепловых потоков и других параметров, в том числе изменение формы растущего кристалла и структуры источника и динамику дислокаций. В свою очередь, данная информаци предоставляет широкие возможности по глубокому изучению явлений, определяющих процесс роста, и оптимизации геометрии ростовой установки и технологического процесса.

Задача решается в осесимметричной двумерной постановке, обеспечивающей адекватное описание сублимационного роста объемных кристаллов AlN и гексагональных политипов SiC на (0001) грани. Моделирование длительного ростового процесса производится в рамках квазистационарного подхода, в котором непрерывный процесс разбивается на последовательность временных стадий. По завершении каждой временной стадии на основании рассчитанной скорости роста определяется новая форма кристалла и свойства источника. Кроме того, в соответствии с заданными пользователем установками, на каждой возможно изменение выделяемой в нагревателе мощности и изменение положени индуктора или тигля. После этого производится обновление всей геометрии моделируемой системы с автоматическим перестроением расчетной сетки.

Моделирование процесса роста на каждой временной стадии включает в себ расчет теплопереноса во всей системе и массопереноса активных компонент в ростовой камере. В "Виртуальном Реакторе" используется разработанная модель гетерогенных химических реакций, обеспечивающая эффективное описание взаимодействия многокомпонентного пара с активными поверхностями, позволяюща моделировать гетерогенные химические процессы в широком диапазоне температур и давлений. "Виртуальный Реактор" обеспечивает предсказание эволюции формы кристалла и изменения во времени пористости и среднего размера гранул порошкового источника.

"Виртуальный Реактор" имеет дружественный графический интерфейс, разработанный таким образом, чтобы усилия пользователя программы, требуемые для задания постановки задачи, были сведения к минимуму. Пользователь должен лишь задать начальные условия и последовательность моментов времени с требуемыми параметрами процесса (температура в контрольной точке, положение нагревателя и давление в камере), если они меняются во времени. Все остальные временные изменения в конфигурации ростовой системы в течение роста осуществляются автоматически. Численное решение уравнений переноса производится на несовпадающих неструктурированных сетках, генерируемых независимо для каждого геометрического блока, что позволяет обеспечить требуемое качество сетки.

В рамках графического интерфейса программы осуществляется визуализаци хода расчета в процессе вычислений и полученных результатов по его окончанию, включающая отображение двумерных и одномерных распределений температуры и других величин. Кроме того, производится сохранение результатов расчетов в формате, позволяющем последующую обработку в графическом пакете Tecplot.

Системные требования

• Операционная система — Windows 2000, Windows XP
• Процессор — Pentium IV
• Оперативная память — 1 Gb
• Дисковое пространство — 50 Mb для размещения файлов программы и порядка 1 Gb для результатов расчетов
• Монитор и видеокарта с поддержкой разрешения 1024x768 в режиме High Color
• Трехкнопочная мышь с колесом прокрутки.

^*Работа по созданию программы "Виртуальный реактор" была инициирована в 2000г.
при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере