水平超導磁場下CZ硅單晶固液界面氧分布數(shù)值模擬研究.pdf

1、硅單晶作為集成電路和太陽能光伏發(fā)電領域的基礎材料，其品質對電子器件的性能產(chǎn)生直接影響。磁控CZ法是目前生長硅單晶的主流方法，晶體生長過程中坩堝內熔體的流動、傳熱及傳質，尤其是固液界面的氧雜質含量及氧雜質分布的均勻性直接影響硅單晶品質。為了提高大尺寸硅晶體的品質，必須分析固液界面的氧雜質分布特性，以便更好地指導實際直拉硅單晶生產(chǎn)。
　　面對晶體生長過程中存在熱系統(tǒng)多場耦合、傳熱傳質并存、邊界條件模糊、化學變化交錯且相互影響，機理建模

2、困難等問題?；谟邢奕莘e法的數(shù)值模擬是解決此類問題的有效方法。目前在二維或三維環(huán)境下究關熔體內的氧傳輸研究已經(jīng)相當成熟，而對于三維環(huán)境下固液界面的氧分布鮮有研究。本文采用有限容積法的三維數(shù)值模擬，在二維/三維混合模型的基礎上研究分析常規(guī)磁場（800-1000高斯）下晶體生長過程中固液界面的氧濃度分布，并在應用一種具有低功耗、高場強特點的水平超導磁場結構下，深入分析工藝參數(shù)對固液界面氧濃度及徑向氧濃度分布均勻性的影響，同時研究分析了超導磁

3、場空間下四極磁場結構對固液界面氧濃度分布的影響。
　　研究結果表明，增加晶體直徑，使得熔體內流動增強，固液界面的氧濃度增加，固液界面徑向氧濃度分布更加均勻。超導磁場有效地解決了常規(guī)磁場下大尺寸晶體生長過程中氧濃度過高的問題。增加超導磁場強度，使得固液界面的氧濃度降低，固液界面徑向氧濃度分布更加均勻；坩堝轉速適用于低轉速、小范圍內調節(jié)固液界面的氧濃度及其氧濃度分布均勻性；晶體轉速可在大范圍內調節(jié)固液界面形狀的一致性和固液界面的氧濃度