一、实验模拟

在通常的模拟实验中，选择具有不同黏滞系数、密度、导热系数、热膨胀系数的透明流体，例如水、水-甘油混合物或低熔点透明有机物质，来模拟生长工艺中的实际流体。将石英或玻璃的透明坩埚制成不同形状和大小，以模拟实际使用的坩埚。选择不同的加热方式，如侧面加热或底面加热，以模拟坩埚在炉膛内的实际受热方式。用金属或其他材料制成不同直径的棒，于坩埚中心液面处以不同的转速旋转，以模拟不同直径以不同转速旋转的晶体的搅拌效应。

通常以染料或反光颗粒使之悬浮在流体体内或漂浮在液面，以显示体内或表面的流动图像，经常使用的是过锰酸钾、荧光素（fluorescein）、铝粉、聚苯乙烯小珠等。在原则上可利用悬浮反光颗粒显示坩埚内任意平面内的流动图像，这可用通过一狭缝的平行光对所需研究的平面照明，以与晶体同步旋转的照相机摄影。近年来已将这种方法发展为可以定量地研究三维流动的图像，这就是将多层显示与数据的自动处理结合起来以定量地确定非常复杂的三维流动图像。最近的多普勒（Doppler）激光流速计不仅可测定流速的大小，而且亦能确定其方向，因而已能定量地研究流体内的速度场。

三维温场的研究比较方便。早期使用单根热电偶或电偶的简单排列来测定温场。近来将热电偶的复杂的组合和数据探测系统结合起来，能更细致地研究温场，当然热敏电阻也有应用。

下面我们介绍一个早期的模拟实验[1]。在图3-1（a）中，晶体不旋转，坩埚侧面加热，坩埚中自然对流清晰可见。当晶体以100 r/min旋转，虽然坩埚侧面加热，但坩埚中液流是以强迫对流为主，如图3-1（c）。当晶体以10 r/min旋转时，坩埚中自然对流与强迫对流同时存在，如图3-1（b）。通过实验模拟已经得到了一些有意义的结论，并以此为依据对生长实际过程中的一些现象进行了合理的解释，我们将在后面介绍。现在我们关心的问题是，如图3-1所示的三种液流图像，分别代表何种生长系统在怎样的工艺条件下所产生的真实液流。或者对问题换一种提法，即如何设计模拟实验，才能保证模拟实验所观测到的图像确实代表晶体生长的某一实际过程。

图3-1　实验模拟的一个结果[1]