【国内论文】β-Ga₂O₃ 的各向异性热膨胀张量及其在铸造生长晶体裂纹中的关键作用

        近日，由浙江大学的研究团队在学术期刊《Applied Physics Letters》发布了一篇名为Anisotropic thermal expansion tensor of β-Ga₂O₃ and its critical role in casting-grown crystal cracking （β-Ga₂O₃ 的各向异性热膨胀张量及其在铸造生长晶体裂纹中的关键作用 ）的文章。

摘要

        热膨胀张量是晶体生长过程数值建模的关键参数。然而，β-Ga₂O₃的建模通常使用一个单一的热膨胀常数，而忽略了其各向异性和温度相关特性。在本研究中，我们通过校准各向异性、温度相关的热膨胀张量，利用β-Ga₂O₃的实验晶格参数，将其校准至1200 K。我们发现，使用校准张量的COMSOL Multiphysics模拟得到的应力分布与依赖常见假设常数的模拟明显不同。具体来说，我们的模拟预测在晶体底部附近出现了冯·米塞斯应力集中，这解释了在相应位置观察到的裂纹形成。相比之下，使用单一值热膨胀常数的模拟未能预测到这种应力集中。我们发现，晶体裂纹的物理根源在于铱坩埚在冷却过程中施加的压缩力。研究结果表明，在建模和模拟的过程中应该仔细考虑β-Ga₂O₃的物理各向异性。通过校准热膨胀张量，我们为可靠的β-Ga₂O₃晶体生长模拟提供了一套经过验证的热力学参数。

原文链接：https://doi.org/10.1063/5.0195733