CZ法硅晶體生長坩堝中熔體的數(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、電子對抗以及武器裝備的微型化和智能化,而且對國民經(jīng)濟(jì)和國家安全也有深刻影響。在目前國民生產(chǎn)中使用到的單晶硅材料中,直拉法生長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。直拉法生長單晶硅的溫度很高,高溫生長爐內(nèi)的溫度場和流場的測量難度大,費(fèi)用昂貴,而且難以達(dá)到準(zhǔn)確測量,因此數(shù)值模擬方法對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、熱場和雜質(zhì)場。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,并對采用該算法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的FLUENT軟件進(jìn)行了簡要介紹。為了便于計(jì)算,本文簡化了坩堝內(nèi)硅熔體的模型,給出了簡化的熔體模型的控制方程和邊界條件,并針對數(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湍流模型對大直徑單晶硅生長使用的硅熔體進(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,并對降低熔體內(nèi)的對流給出了建議;
　　(4)為了降低熔體內(nèi)的對流,本文在單晶爐坩堝內(nèi)加入間壁,然后對加入間壁的硅熔體進(jìn)行了數(shù)值模擬,對不同長度和位置的間壁,進(jìn)行了硅熔體內(nèi)的流場、熱場和雜質(zhì)場