Simulação numérica bidimensional de crescimento de ligas binárias utilizando processamento paralelo

• Main Author: Nanci Naomi Arai
• Other Authors: Stephan Stephany
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2001
• Online Access: http://urlib.net/dpi.inpe.br/lise/2003/01.15.09.31

A solidificação direcionada de ligas semicondutoras é uma das técnicas mais utilizadas para a obtenção de substratos cristalinos de alta qualidade, constituindo um protótipo de estudo de fenômenos de transporte macroscópicos envolvendo o acoplamento das equações de conservação de massa, momento e energia. As propriedades cristalinas do material obtido dependem fundamentalmente da morfologia e estabilidade da interface sólido-líquido durante o crescimento. O método numérico proposto resolve essas equações de transporte através da discretização por volumes de controle com acompanhamento da interface, e permite operar com propriedades do material e condições de contorno variáveis, incorporando detalhes do diagrama de fases da liga. Foram realizadas simulações bidimensionais de crescimento de ligas binárias utilizando malha fixa, as quais demandam processamento de alto desempenho, devido às altas resoluções temporal e espacial envolvidas. Isso levou a utilizar uma máquina multiprocessada e um multicomputador composto por 2 microcomputadores ligados em rede executando programas compilados em High Performance Fortran (HPF). === The directional solidification of semiconductor alloys is an usual technique for the attainment of a high quality crystalline substratum. This technique is a prototype for the study of macrocospic transport phenomena and involves the coupling of the conservation equations for mass, moment and energy. The crystalline properties of the alloy depend basically on the morphology and stability of the solid-liquid interface during growth. The proposed numerical method solves these transport equations by discretization in control volumes with tracking of the interface. It allows for materials with variable properties and boundary conditions, and to include details of the alloy phase diagram. Two-dimensional, fixed-mesh simulations of binary alloy growth have been carried out. Due to the high spatial and temporal resolutions, these simulations were run on a multiprocessed machine and on a multicomputer composed by a cluster of two microcomputers. The programs were compiled in High Performance Fortran (HPF).