硅晶體生長的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、晶硅太陽電池是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的主流,其材料--硅晶體均來源于熔體硅的結(jié)晶生長。隨著市場對晶體硅質(zhì)量和降低成本的要求不斷提高,有必要對硅的晶體生長開展基礎(chǔ)性研究,以更精確地指導(dǎo)硅晶體的生產(chǎn)。本文以硅為研究對象,運用分子動力學(xué)方法,首先對比分析了目前常用Si的勢函數(shù)在描述硅晶體熔化與生長方面的差異,選定了Tersoff勢來描述硅體系的原子間相互作用。然后研究了不同生長溫度和不同特征生長面條件下硅的晶體生長,結(jié)果表明:
　　(1)在SW

2、勢、MEAM勢、HOEP勢、Tersoff勢和EDIP勢中,EDIP勢描述的硅晶體表現(xiàn)出熔化時體積膨脹的異常現(xiàn)象,不適合描述硅晶體生長過程;其它四種勢函數(shù)描述的硅晶體在定性上都表現(xiàn)出高溫熔化、熔化吸熱和熔化時體積收縮等基本規(guī)律。但通過熱力學(xué)熔點、熱膨脹系數(shù)、熔化潛熱以及3300 K表面熔化速率等數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的綜合對比發(fā)現(xiàn),Tersoff勢相對更適合描述硅晶體的熔化過程,MEAM勢次之,SW勢相比Tersoff勢和MEAM勢要差,而HO

3、EP因有悖于熱脹冷縮物理規(guī)律,而不適合描述硅晶體生長過程。
　　(2)對不同溫度下硅晶體的生長模擬研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)溫度在1400K至1700K范圍內(nèi)時,晶體生長基本沒發(fā)生;當(dāng)溫度在1800 K至2400 K范圍內(nèi)時,硅熔體部分發(fā)生了晶體生長,而且生長速率隨溫度的升高先增大后減小,其中溫度為2200 K時,硅晶體生長速率最大;而溫度達到2500 K以上時,因高于熔點(2480 K)時,硅晶體會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。并從理論上對硅晶體生長速率與溫