定向凝固过程中固有磁场作用下的导电硅熔体流动特性

以定向凝固法生长硅晶体为例,针对加热器生成固有磁场作用下导电硅熔体的流动特性开展数值模拟研究。首先计算获得了不同加热电流接入方式下熔体区域洛伦兹力的大小与方向分布,进而研究了洛伦兹力驱动下熔体流动的结构与强度。结果表明,导电硅熔体中加热器生成固有磁场的磁感应强度约为10^-3 T、感应电流密度约为10⁴ A/m²、最大洛伦兹力可达12 N/m³,大的洛伦兹力主要分布在熔体的上部和侧部表面附近区域,能够驱动熔体流动呈现强烈的三维特征,改变加热电流的接入方式能够显著影响洛伦兹力的空间分布及熔体的流动特性。相关研究有助于深入认识加热器的加热与磁场控制双重功能,有助于实现对导电熔体流动和定向凝固过程的精确控制。