Piemaisījumu difūzijas caur šķidra silīcija dinamisku brīvu virsmu pētīšana - Zāģeris, Ģirts (Latvijas Universitāte, 2018)
Pēdējos gados arvien pieaug pieprasījums pēc augstas (99.9999%) tīrības jeb solāras kvalitātes silīcija, kuru var iegūt, īpaši attīrot šķidru silīciju no tajā esošajiem piemaisījumiem. Šajā nozarē notiek aktīva pētniecība, meklējot veidus, kā attīrīšanas procesu būtu iespējams optimizēt. Šajā darbā tiek pētīta potenciāla iespēja celt piemaisījumu aizvades efektivitāti, uz šķidrā silīcija radot virsmas viļņus. Tādēļ darbā veikti skaitliski aprēķini, kas ļauj konstatēt, kā attīrīšanas gaitā piemaisījumi pamet šķidro silīciju, kā arī ļauj saprast, kāda ietekme uz to ir dažādiem virsmas viļņu parametriem – amplitūdai, frekvencei, viļņa garumam. Izdarot aprēķinus, tiek noskaidrots, ka piemaisījumu aizvades efektivitāti iespējams palielināt un ka tā ir atkarīga no virsmas viļņu amplitūdas un viļņa garuma, bet ne no frekvences pētītajā diapazonā. Taču iegūtie rezultāti nav spēkā visiem viļņiem – tiek identificēts arī parametrs, pēc kura var prognozēt, vai viļņiem uz šķidrā silīcija virsmas būs vai nebūs pienesums piemaisījumu attīrīšanas efektivitātē.

The demand for high purity, solar grade silicon has seen a steady increase in recent years. Solar grade silicon is obtained by removing impurities from within molten silicon. Active research is underway in this field to determine ways how to enhance the effectiveness of impurity removal. In this thesis, the potential of amplifying the effectiveness of impurity removal via generation of surface waves on the silicon melt is discussed. In accord, numerical simulations are done to determine how impurities leave molten silicon during its purification. Furthermore, the simulations allow for the analysis of various factors – such as surface wave amplitude, frequency and wavelength – that could impact the rate at which impurities are removed. Upon running the simulations, it is obtained that the effectiveness of impurity removal can indeed be enhanced, and that it is dependent on surface wave amplitude and wavelength but not on their frequency within the inspected range. However, this is not valid for all cases – a nondimensional parameter is identified; it’s value can forecast whether surface waves on the silicon melt will or will not have an impact on the rate at which impurities are removed from the silicon.
Investigation of impurity diffusion via the dynamic free surface of silicon melt
Keywords: Fizika; Solāras kvalitātes silīcijs; Skaitliskā hidrodinamika; Turbulence; Virsmas viļņi