水平超導(dǎo)磁場下CZ硅單晶固液界面氧分布數(shù)值模擬研究.pdf

1、硅單晶作為集成電路和太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，其品質(zhì)對電子器件的性能產(chǎn)生直接影響。磁控CZ法是目前生長硅單晶的主流方法，晶體生長過程中坩堝內(nèi)熔體的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)，尤其是固液界面的氧雜質(zhì)含量及氧雜質(zhì)分布的均勻性直接影響硅單晶品質(zhì)。為了提高大尺寸硅晶體的品質(zhì)，必須分析固液界面的氧雜質(zhì)分布特性，以便更好地指導(dǎo)實(shí)際直拉硅單晶生產(chǎn)。
　　面對晶體生長過程中存在熱系統(tǒng)多場耦合、傳熱傳質(zhì)并存、邊界條件模糊、化學(xué)變化交錯(cuò)且相互影響，機(jī)理建模

2、困難等問題?；谟邢奕莘e法的數(shù)值模擬是解決此類問題的有效方法。目前在二維或三維環(huán)境下究關(guān)熔體內(nèi)的氧傳輸研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，而對于三維環(huán)境下固液界面的氧分布鮮有研究。本文采用有限容積法的三維數(shù)值模擬，在二維/三維混合模型的基礎(chǔ)上研究分析常規(guī)磁場（800-1000高斯）下晶體生長過程中固液界面的氧濃度分布，并在應(yīng)用一種具有低功耗、高場強(qiáng)特點(diǎn)的水平超導(dǎo)磁場結(jié)構(gòu)下，深入分析工藝參數(shù)對固液界面氧濃度及徑向氧濃度分布均勻性的影響，同時(shí)研究分析了超導(dǎo)磁

3、場空間下四極磁場結(jié)構(gòu)對固液界面氧濃度分布的影響。
　　研究結(jié)果表明，增加晶體直徑，使得熔體內(nèi)流動(dòng)增強(qiáng)，固液界面的氧濃度增加，固液界面徑向氧濃度分布更加均勻。超導(dǎo)磁場有效地解決了常規(guī)磁場下大尺寸晶體生長過程中氧濃度過高的問題。增加超導(dǎo)磁場強(qiáng)度，使得固液界面的氧濃度降低，固液界面徑向氧濃度分布更加均勻；坩堝轉(zhuǎn)速適用于低轉(zhuǎn)速、小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)固液界面的氧濃度及其氧濃度分布均勻性；晶體轉(zhuǎn)速可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)固液界面形狀的一致性和固液界面的氧濃度