區(qū)熔硅單晶生長技術中熔區(qū)的數值模擬與研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展，硅材料成為電子工業(yè)中主要的半導體材料，特別是市場對高質量大直徑硅的需求量不斷的增大，這就要求工業(yè)生產中提高硅單晶技術。在制備單晶硅的工藝中，熔區(qū)中流體的流動影響摻雜濃度，從而影響單晶硅的質量。因此，熔區(qū)中流體的流動對單晶硅的生長有很大的影響，研究熔區(qū)中流體的流動情況對改善單晶硅的生長質量具有重要的意義。
　　熔區(qū)中流體的流動主要有三種，由浮力驅動力引起的自然對流，由表面張力梯度引起的Marangoni對流，由轉

2、動引起的強制流動。熔區(qū)中的這三種對流，浮力驅動力引起的自然對流流動發(fā)生在整個熔區(qū)中，流動波及范圍比較大，研究浮力驅動力引起的自然對流流動是很重要的。
　　首先對熔區(qū)中流體的自然對流情況進行數值模擬計算，建立二維軸對稱模型，假設流體是不可壓縮的牛頓流體，采用層流流動，布斯涅斯克(Boussinesq)假設。加載與實際生產相近的溫度場分布，數值計算熔區(qū)中流體的自然對流情況，繪制熔區(qū)中的溫度分布和速度矢量分布圖，觀察流體的流動情況，速度

3、的大小，流動的強弱。觀察到熔區(qū)中分別出現了一個順時針和一個逆時針的流動漩渦，漩渦邊界處的速度較大，中心處的速度較小，幾乎為零。同時，模擬計算在不同的溫度場分布下，浮力驅動引起的自然對流的流動情況，得到溫度梯度越大自然對流的流動越劇烈。其次，熔區(qū)的自由表面處存在由表面張力梯度引起的Marangoni對流，模擬計算在兩種自然對流的共同作用下流體的流動情況，得到Marangoni對流加強了浮力驅動對流的流動。
　　最后，熔區(qū)的形狀也會影