Magnetic Czochralski 실리콘 단결정 성장에서 열 및 유체유동과 질량전달에 미치는 비균일 자장의 효과

김창녕 한국결정성장학회 1998 韓國結晶成長學會誌 Vol.8 No.4

비균일 자장이 도가니에 인가되어 있는 상황에서 정상상태의 Czochralski 유동장과 비정상상태의 산소농도장에 대한 연구가 수치해석적인 방법으로 연구되었다. 여기에서 기준 자장의 세기가 B=0.1T, 0.2T, 0.3T의 경우에 대한 연구가 수행되었다. 가열에 의한 부력의 효과와 자유표면의 표면장력에 의한 열모세관 효과에 의하여 유발되는 자오면 유동은 비균일 자장에 의하여 차등적으로 억제되고 있다. 자자의 세기가 증가하면 자오면 유동에서 발생하는 순환류의 중심은 결정으로 접근하며, 순환류의 크기도 작아진다. 결정으로 흡수되는 산소의 세기가 클수록 낮아지며 농도분포는 균일해지는 경향을 갖는다. Under the influence of non-uniform magnetic field, melt flow in steady state and oxygen concentration in unsteady state are numerically investigated. The strength of the applied characteristic magnetic fields are B=0.1T, 0.2T, and 0.3T, respectively. The buoyancy effects due to the crucible wall heating and the thermocapillary effects due to the surface tention at the free surface are suppressed differentially by the non-uniform magnetic fields. As the intensity of characteristic magnetic fields is increasing, the recirculation region in the meridional plane is moving toward the growing crystal, and is diminishing. The oxygen concentration on the growing surface of crystals is decreasing and the uniformity of the oxygen concentration is increasing as the intensity of the magnetic fields is increasing.

자기장이 인가된 초크랄스키 실리콘 단결정 성장에서 산소의 거동특성

김창녕 慶熙大學校 1998 論文集 Vol.27 No.-

The characteristics of concentration of oxygen are numerically investigated for various magnetic fields in the Czochralski single crystal growth. Flow fields with uniform axial and cusp magnetic fields are studied for concentration of oxygen. The distributions of temperature and concentration of oxygen are strongly dependent on flow field. Uniform axial magnetic field suppresses the inward flow at the free surface so that the gradient of oxygen concentration is much large at the free surface and is very small at the growing surface of crystal. While in cusp magnetic field, the gradient of oxygen concentration on the growing surface decreases as the magnetic field increases.

磁場의 영향을 받는 Czochralski 유동장에 관한 수치적 연구

김창녕 慶熙大學校 1992 論文集 Vol.21 No.-

均一한 磁場이 Czochralski 도가니에 가하여졌을 때의 溫度場과 流動場이 數値的으로 연구되었다. 여기에서 온도차이에 의한 浮力, 自由表面에서의 반경방향으로의 온도구배로 因한 thermocapillarity, 도가니와 結晶의 회전으로 인한 遠心力및 외부에서 걸러준 磁場에 의한 磁性力등이 Czochralski 유동장을 지배하고 있다. 회전방향으로의 對稱性으로부터 자오평면 (meridional plane) 에서의 속도성분과 회전방향의 속도성분이 구하여졌으며 온도, 압력, 電位등이 해석되었다. 磁場의 영향아래에서의 Czochralski 流動場에서는 회전방향의 속도성분이 電位의 구배를 惹起시키고 있는데 이러한 회전방향의 속도성분을 대류작용에 의하여 도가니벽에서부터 자유표면을 다라 결정표면의 아래까지 전달되어 현저하게 나타난다. 또 이러한 회전방향의 속도성분을 結晶표면의 아래에서 큰 반경방향으로의 압력구배를 만들어주고 있다. 磁場의 세기가 큰 경우에 모든 속도성분이 작아지고 있으며 결정표면 아래에서 압력구배가 작아진다. 이와 같이 磁場의 영향아래에서의 Czochralski 유동장의 이해하게 되면 受動性을 갖는 solute의 濃度에 관한 擧動을 把握할 수 있게 될 것이다.

경사진 자장의 영향을 받는 관안에서의 자기유체유동

김창녕 金烏工科大學校 1990 論文集 Vol.11 No.-

A numerical procedure ws devised to predict the characteristics of the flow field in a liquid metal magnetohydrodynamic(MHD) flow. By the use of the procedure, a steady-state, incompressible, viscous, three-dimensional MHD flow under the influence of a magnetic field applied obliquely at an angle of 45˚ to each side wall of a rectangular duct has been studied at an extremly low magnetix Reynolds number by means of a finite volume method. The use of the control volume approach enables the implementation of the corrective step based on the fluid flux across the face of the volume, which contributes to convergence and physical accuracy. Numerical results shows that the axial velocities are large on the diagonal region of the cross-section lying parallel to the magnetic field with the peak velocities located at the corners.

자기장이 가하여진 초크랄스키 실리콘 단결정 성장에서 질량전달에 미치는 성장결정과 도가니의 회전효과

김창녕 한국결정성장학회 1997 韓國結晶成長學會誌 Vol.7 No.4

축방향으로 균일한 자장이 가하여진 Czochralski 도가니에서 도가니와 성장결정이 다양한 각속도로 회전하는 경우에 대하여 유동장, 온도장 및 산소의 농도장이 수치적으로 연구되었다. 도가니 벽의 가열에 의한 부력의 효과와 자유표면에서 온도차이에 의한 열모세관효과로 인한 용융물질의 유동은 도가니와. 성장결정의 회전에 따른 원심력에 의하여 차등적으로 억제될 수 있다. 이 원심력에 가장 큰 영향을 주는 인자는 도가니의 회전속도이며 이것이 초크랄스키 결정성장과정에서 속도장, 온도장, 농도장에 큰 영향을 주고 있다. 도가니의 회전속도가 작을 때에는 성장결정의 회전이 원심력을 효과적으로 발생시킨다. For various angular velocities of crucible and crystal, the characteristics of melt flows, temperatures and concentrations of oxygen are numerically studied in the Czochralski furnace with a uniform axial magnetic field. Buoyancy effect due to the heating of crucible wall and thermocapillary effect due to the temperature gradient at the free surface, can be differentiably suppressed by the centrifugal forces due to the rotations of the crucible and crystal. The most important factor which yields the centrifugal forces is the rotation velocity of the crucible, that influences the fields of velocities, temperatures and concentrations. In the case that the crucible rotation velocity is not high, the rotations of the crystal gives rise to the centrifugal forces effectively.

A NUMERICAL SIMULATION FOR THE PERFORMANCE CHARACTERIZATION OF HEAT SINKS : Heat Sink 의 특성확인을 위한 수치적 Simulation

김창녕,문성일 한국산업정보응용수학회 1999 한국산업정보응용수학회 Vol.3 No.2

A numerical simulation has been carried out for the performance characterization of heat sinks in electronic equipment. Heat transfer characteristics have been analyzed for various design parameters including the shape of heat sink, thickness of fin base and fin pitches. A commercial program called Flotherm has been employed for the numerical calculation. Optimal design of the heat sink has been persued which is closely related with the reduction of heat resistance involved in conduction and convection of heat.

실리콘 단결정 성장에서 용융물질의 회전효과

김창녕,이제희 慶熙大學校 材料科學技術硏究所 1996 材料科學技術硏究論集 Vol.9 No.-

For various angular velocities of crucible and crystal, the characteristics of melt flows, temperatures and concentrations of oxygen are numerically studied in the Czochralski furnace with a uniform axial magnetic field. With an assumption that two velocity components in the meridional plane and circumferential velocity, temperature, electric current intensity have reached the steady state, unsteady concentration field of oxygen has been analyzed with an initially uniform oxygen concentration. when the angular velocities of crucible and crystal are remarkable, oxygen cannot be easily transported to the area close to the bottom of crystal due to the noticeable centrifugal force. Therefore absorption rate of oxygen to the surface of crystal growth is small and is nearly uniform in the radial direction. On the contrary, when the angular velocities are small, the absorption rate of oxygen shows large gradient in the radial direction.

Numerical examination of liquid metal magnetohydrodynamic flow in multiple channels in the plane perpendicular to the magnetic field

김창녕 대한기계학회 2014 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.28 No.12

In the current study, investigated are steady-state, three-dimensional liquid metal (LM) magnetohydrodynamic (MHD) flows in a conduitsystem including three sub-channels with co-current flows under a uniform magnetic field. Though there have been numerous analytic,experimental and numerical studies on MHD duct flow, detailed flow characteristics of a LMMHD flow in a conduit system withmultiple channels have not been reported much. The current study predicts detailed behaviors of the flow velocity, pressure, current andelectric potential of LMMHD flows in multiple channels in the plane perpendicular to the magnetic field. Here, the characteristics of theMHD flow in a conduit system with multiple channels are elucidated. The mass flow rate in each of outer channel turns out to be higherthan that in the central channel. The mechanism governing the imbalance of mass flow rate in the sub-channels is discussed in detailbased on the interdependency of flow variables in LMMHD flow.

혈액의 물성치에 따른 탄성혈관내의 맥동유동 특성해석

김창녕,김정호 慶熙大學校 材料科學技術硏究所 1999 材料科學技術硏究論集 Vol.12 No.-

Numerical analysis are focused on the flow patterns and wall shear stress under unsteady pusaltile flow condition with wall motion. Flow is considered as a non-Newtonian fluid and the constitute equation of blood is used for numerical analysis. Distributions of velocity and wall shear stress in the parallel channel model are calculated to investigated the differences of flow characteristics of unsteady pulsatile flow and to compare flow characteristics of a Newtonian fluid with that of a non-Newtonian fluid. The numerical results may be used to correlation the clinical observations.

Czochralski 단결정 성장특성제어를 위한 자장형태에 관한 연구

김창녕,김경훈 한국결정성장학회 1993 한국결정성장학회지 Vol.3 No.1

균일한 자장과 비균일한 자장이 도가니에 가하여졌을 때의 Czochralski유동장이 수치적으로 해석되었다. 여기에서 부력의 효과, thermocapillarity 효과, 원심력의 효과, 자장의 효과등이 Czochralski유동장을 지배하고 있다. 자오면에서의 속도성분과 회전방향의 속도성분이 구하여졌으며 온도, 전류의 흐름 등이 해석되었다. 균일한 자장의 경우에 세기가 증가하면 모든 속도성분이 작아지고 있으며 결정표면 아래에서 회전방향으로의 전류의 세기가 증가한다. 불균일한 자장의 경우에는 자장의 불균일성이 증가하면 자오면에서의 평면유동은 억제되는 반면 회전방향의 속도성분은 더 증가하게 된다. 이와 같은 여러 형태의 자장의 영향아래에서의 Czochralski 유동장에 대한 이해는 도가니(Crucible)안의 용질 및 불순물의 농도에 관한 거동을 연구할 수 있는 기초를 제공하고 있다. A numerical analysis has been carried out on the Czochralski flow fields when uniform and nonuniform magnetic fields are applied. Czochralski flow fields are governed by buoyancy forces, thermocapillarity, centrifugal forces, and applied magneic fields. In this analysis, pressure and three components of velocity vectors are obtained, and circumferential electrical currents are calculated. When a uniform magnetic field is applied, all the velocity components are decreased and the circumferential electric currents near the crystal surface are increased as the magnetic field intensity is increased. In the case of a nonuniform field, the flows in a meridional plane are suppressed and the circumferential velocity is increased as the non uniformity is increased. The understanding on the Czochralski flow fields under the influence of magnetic fields can lead to the study on the behavior of the concentration of the solute and impurities.