區(qū)熔硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)中熔區(qū)的數(shù)值模擬與研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，硅材料成為電子工業(yè)中主要的半導(dǎo)體材料，特別是市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量大直徑硅的需求量不斷的增大，這就要求工業(yè)生產(chǎn)中提高硅單晶技術(shù)。在制備單晶硅的工藝中，熔區(qū)中流體的流動(dòng)影響摻雜濃度，從而影響單晶硅的質(zhì)量。因此，熔區(qū)中流體的流動(dòng)對(duì)單晶硅的生長(zhǎng)有很大的影響，研究熔區(qū)中流體的流動(dòng)情況對(duì)改善單晶硅的生長(zhǎng)質(zhì)量具有重要的意義。
　　熔區(qū)中流體的流動(dòng)主要有三種，由浮力驅(qū)動(dòng)力引起的自然對(duì)流，由表面張力梯度引起的Marangoni對(duì)流，由轉(zhuǎn)

2、動(dòng)引起的強(qiáng)制流動(dòng)。熔區(qū)中的這三種對(duì)流，浮力驅(qū)動(dòng)力引起的自然對(duì)流流動(dòng)發(fā)生在整個(gè)熔區(qū)中，流動(dòng)波及范圍比較大，研究浮力驅(qū)動(dòng)力引起的自然對(duì)流流動(dòng)是很重要的。
　　首先對(duì)熔區(qū)中流體的自然對(duì)流情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，建立二維軸對(duì)稱模型，假設(shè)流體是不可壓縮的牛頓流體，采用層流流動(dòng)，布斯涅斯克(Boussinesq)假設(shè)。加載與實(shí)際生產(chǎn)相近的溫度場(chǎng)分布，數(shù)值計(jì)算熔區(qū)中流體的自然對(duì)流情況，繪制熔區(qū)中的溫度分布和速度矢量分布圖，觀察流體的流動(dòng)情況，速度

3、的大小，流動(dòng)的強(qiáng)弱。觀察到熔區(qū)中分別出現(xiàn)了一個(gè)順時(shí)針和一個(gè)逆時(shí)針的流動(dòng)漩渦，漩渦邊界處的速度較大，中心處的速度較小，幾乎為零。同時(shí)，模擬計(jì)算在不同的溫度場(chǎng)分布下，浮力驅(qū)動(dòng)引起的自然對(duì)流的流動(dòng)情況，得到溫度梯度越大自然對(duì)流的流動(dòng)越劇烈。其次，熔區(qū)的自由表面處存在由表面張力梯度引起的Marangoni對(duì)流，模擬計(jì)算在兩種自然對(duì)流的共同作用下流體的流動(dòng)情況，得到Marangoni對(duì)流加強(qiáng)了浮力驅(qū)動(dòng)對(duì)流的流動(dòng)。
　　最后，熔區(qū)的形狀也會(huì)影