四極磁場(chǎng)下CZ法單晶硅生長(zhǎng)三維數(shù)值模擬.pdf

1、本文在對(duì)磁控CZ法晶體生長(zhǎng)機(jī)理認(rèn)識(shí)透徹的基礎(chǔ)上，針對(duì)磁控CZ法在工業(yè)拉制單晶硅過(guò)程中出現(xiàn)的如CUSP磁場(chǎng)線圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，垂直磁場(chǎng)只能抑制徑向的自然對(duì)流，水平磁場(chǎng)引起溫度分布的非對(duì)稱(chēng)性，不適于對(duì)大尺寸、高品質(zhì)、高純度單晶硅片的大規(guī)模生產(chǎn)等問(wèn)題，研究了一種新型的四極磁場(chǎng)作用下單晶硅的生長(zhǎng)過(guò)程。
　　研究過(guò)程中，面對(duì)描述晶體生長(zhǎng)過(guò)程復(fù)雜的偏微分方程，解析求解過(guò)程需要進(jìn)行大量的假設(shè)和簡(jiǎn)化，因此與實(shí)際生長(zhǎng)過(guò)程不相符。實(shí)驗(yàn)法雖然能揭示一些現(xiàn)象，

2、但是很難定量精確的對(duì)熔體內(nèi)的熱場(chǎng)和速度場(chǎng)以及其他條件對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響進(jìn)行分析且實(shí)驗(yàn)花費(fèi)巨大。數(shù)值模擬方法可以更快更精確的認(rèn)識(shí)各種現(xiàn)象對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響，既能定性的說(shuō)明現(xiàn)象，又能精確的定量計(jì)算，為在晶體生長(zhǎng)過(guò)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(chǎng)環(huán)境下對(duì)晶體生長(zhǎng)進(jìn)行研究的主要手段。
　　本文在四極磁場(chǎng)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(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，四極磁場(chǎng)作用下有效的抑制

3、了坩堝壁附近的自然對(duì)流，與水平磁場(chǎng)相比降低了熔體內(nèi)部溫度的非軸對(duì)稱(chēng)性；磁感應(yīng)強(qiáng)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(duì)固液界面形狀調(diào)節(jié)作用不明顯；強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)過(guò)程中加入蝸轉(zhuǎn)，自然對(duì)流會(huì)隨著堝轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)迫對(duì)流旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入磁場(chǎng)為雙方向的區(qū)域得到抑制，進(jìn)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