四極磁場下CZ法單晶硅生長三維數(shù)值模擬.pdf

1、本文在對磁控CZ法晶體生長機理認識透徹的基礎上，針對磁控CZ法在工業(yè)拉制單晶硅過程中出現(xiàn)的如CUSP磁場線圈結(jié)構(gòu)復雜，垂直磁場只能抑制徑向的自然對流，水平磁場引起溫度分布的非對稱性，不適于對大尺寸、高品質(zhì)、高純度單晶硅片的大規(guī)模生產(chǎn)等問題，研究了一種新型的四極磁場作用下單晶硅的生長過程。
　　研究過程中，面對描述晶體生長過程復雜的偏微分方程，解析求解過程需要進行大量的假設和簡化，因此與實際生長過程不相符。實驗法雖然能揭示一些現(xiàn)象，

2、但是很難定量精確的對熔體內(nèi)的熱場和速度場以及其他條件對晶體生長的影響進行分析且實驗花費巨大。數(shù)值模擬方法可以更快更精確的認識各種現(xiàn)象對晶體生長的影響，既能定性的說明現(xiàn)象，又能精確的定量計算，為在晶體生長過程中尋求最佳的工藝條件提供了參考，因而數(shù)值模擬方法成為了磁場環(huán)境下對晶體生長進行研究的主要手段。
　　本文在四極磁場環(huán)境下采用有限元法數(shù)值模擬建立了二維/三維混合模型對晶體生長過程進行了仿真。仿真結(jié)果表明，四極磁場作用下有效的抑制

3、了坩堝壁附近的自然對流，與水平磁場相比降低了熔體內(nèi)部溫度的非軸對稱性；磁感應強度的增加有利于提高熔體自由液面溫度分布的均勻性，但對固液界面形狀調(diào)節(jié)作用不明顯；強磁場環(huán)境下，提高晶體旋轉(zhuǎn)速度或晶體提拉速度有利于改變固液界面凹凸程度，改善固液界面的三維形態(tài)特性，使得固液界面趨于平坦；在晶體生長過程中加入蝸轉(zhuǎn)，自然對流會隨著堝轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強迫對流旋轉(zhuǎn)，進入磁場為雙方向的區(qū)域得到抑制，進一步改善熔體中的溫度分布；最后綜合晶轉(zhuǎn)，堝轉(zhuǎn)以及拉速等工藝在較