CZ法硅晶體生長(zhǎng)坩堝中熔體的數(shù)值模擬.pdf

1、硅單晶材料是重要的半導(dǎo)體材料,硅單晶的發(fā)展不僅深刻影響著通訊、高速計(jì)算、大容量信息處理、空間防御、電子對(duì)抗以及武器裝備的微型化和智能化,而且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全也有深刻影響。在目前國(guó)民生產(chǎn)中使用到的單晶硅材料中,直拉法生長(zhǎng)的單晶硅材料占到了很大的比重,因此提高直拉硅單晶的質(zhì)量,具有十分重要的意義。直拉法生長(zhǎng)單晶硅的溫度很高,高溫生長(zhǎng)爐內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的測(cè)量難度大,費(fèi)用昂貴,而且難以達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量,因此數(shù)值模擬方法對(duì)于單晶爐制備晶體的改進(jìn)具

2、有重要的意義。本文將有限容積法用于單晶爐的數(shù)值模擬,研究單晶爐內(nèi)坩堝中硅熔體的流場(chǎng)、熱場(chǎng)和雜質(zhì)場(chǎng)。本文工作主要包含以下幾個(gè)方面:
　　(1)本文闡述了有限容積法的概念、內(nèi)容和算法步驟,并對(duì)采用該算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的FLUENT軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。為了便于計(jì)算,本文簡(jiǎn)化了坩堝內(nèi)硅熔體的模型,給出了簡(jiǎn)化的熔體模型的控制方程和邊界條件,并針對(duì)數(shù)值模擬方法中的步驟進(jìn)行了描述;
　　(2)本文使用有限容積法驗(yàn)證了Wheeler標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題,

3、所得結(jié)果與前人使用有限元等數(shù)值方法得到的結(jié)果一致,從而驗(yàn)證了本文中的方法用于單晶爐數(shù)值模擬的正確性;
　　(3)使用有限容積法結(jié)合K-ε湍流模型對(duì)大直徑單晶硅生長(zhǎng)使用的硅熔體進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了大直徑硅熔體的流函數(shù)、等溫線和氧濃度分布,并對(duì)降低熔體內(nèi)的對(duì)流給出了建議;
　　(4)為了降低熔體內(nèi)的對(duì)流,本文在單晶爐坩堝內(nèi)加入間壁,然后對(duì)加入間壁的硅熔體進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)不同長(zhǎng)度和位置的間壁,進(jìn)行了硅熔體內(nèi)的流場(chǎng)、熱場(chǎng)和雜質(zhì)場(chǎng)