1、点阵列光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟 点阵光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟 (一)光源阵列组成及辐照均匀性预览 (2015-10-1) 北京东之星应用物理研究所 伍 勇 物理专业(凝聚态物理方向),文档执笔及软件绘图 贺 宁 计算机专业,新产品研发及技术总监 贺令渝 技术物理专业, 高级工程师,传统RTP产品原创关键词:点阵光源,石墨盘,热传导偏微分方程,COMSOL模拟,Si晶片热处理, 高斯光束,MATLAB,Mathematica,Flash动画, RTP(Rapid Thermal Processing)1)光源几何 为增加光源有效辐照光强的均匀性和光通量,我们采用具有轴
2、对称的卤钨灯阵列如图,54 盏灯分布在54格点处,类似六角蜂 房密排方式。这里给出六盏灯点阵的MATLAB源码,网上看到有学生在寻找答案:*ccclccleara=0,0; 0.5,0.866; 1.0,0; 0.5,-0.866; -0.5,-0.866; -1,0; -0.5, 0.866;data=a;x0=data(:,1);y0=data(:,2);r=0.46theta=0:pi/50:2*pi;for i = 1:length(x0)x=x0(i)+r*cos(theta);y=y0(i)+r*sin(theta);plot(x,y,-b, LineWidth,3);axis s
3、quare; xlim(-5 5)ylim(-5 5)fill(x,y, 1,0.4,0.4)plot(x0(i),y0(i), ow, MarkerSize,7);hold onend*cc2)高斯光束不失一般性,每个灯盏都近似用高斯函数(Gaussian function)表达光强的空间钟形分布(Bell-cuve),2D高斯分布函数为:其一维函数图形如图:调整,可得到不同锐度的曲线,当,其2D函数图像如是: 对比泊松方程,理想点源的图形如下: 3)多个高斯光束的叠加 当叠加个数n=6时,合成光强分布如是:其x-y平面投影如图: n=54灯阵列的光强叠加分布:对应x-y平面的投影如图可预览
4、光源总光强分布,在此说明灯具保障温度均匀性的几个要点:(1),石墨导热系数较高,铜397 W/m.k,铁80 W/m.k,不同厂家不同型号的石墨材料导热系数不一样,大约在100-1500,不失一般性,计算暂用COMSOL提供的数据:150W/m.k(300K)(2),石墨盘旋转,抹平旋转方向温度的起伏(3),点阵密排设计,可人工柔性调整每盏灯的输出功率,以微调盘面温度的不均匀。(4),中心点不易散失热量,不放置灯位,实验表明也能保证允许的温度差异且便于安装灯具。 (二)石墨盘温度场的COMSOL模拟1)热传导偏微分方程2)结果石墨表面温度场:石墨圆盘边缘点处温度-时间的变化:80秒,120秒,360秒时刻,沿石墨盘径向rm变化的温度TK曲线:温升过程的Flash动画演示双击exe-运行,查看全屏时按Esc键返回石墨温度场的等值面3)Si片在石墨上 Si片整体瞬间(计算结果:0.01秒)均匀达到石墨圆台的恒定温度(计算设定1000K)。整体装置示意图(简化处理后的理论模型):Si片表面温度场:Si片边缘点处温度-时间的变化结束:深谢XX文库,小木虫和道客巴巴的帮助让我们研修受益。