HEM 蓝宝石晶体生长技术

HEM 技术被广泛应用于蓝宝石晶体的大规模生产。该技术的特点是工艺自动化程度高。在这种条件下，完善的热区设计和工艺配方成为生产重量大、质量高的蓝宝石晶体的关键因素。STR 开发的独特方法可以对使用 HEM 的晶体生长过程进行完全非稳态计算，对晶体中的辐射传热进行精确建模，并仔细考虑晶体与坩埚之间的距离，见图1。

HEM 蓝宝石生长过程中的熔体流动主要受沿熔体自由表面作用的马兰戈尼力以及熔体/晶体界面的强凸形所产生的浮力影响。CGSim 软件通过求解传热和熔体流动的耦合问题，仔细考虑了这些效应，图2。

HEM 中的熔体速度值通常较低，这是熔体/晶体界面上杂质浓度较高的主要原因，这导致在结晶速率突然增加的情况下气泡形成的概率很高。优化熔体对流是降低杂质浓度的有效方法。

CGSim 软件具有建模功能，可精确计算晶体中的热应力（图3）。降低晶体生长过程中的热应力有助于减少晶体中的位错密度，提高晶体质量，降低冷却过程后晶体开裂的概率。

Figure 1. Temperature distribution in the crystal growth furnace

Figure 2. Temperature distribution and melt flow

Figure 3. Von Mises stress distribution in the crystal