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西安理工大学利用FEMAG软件优化单晶炉的热场设计
原文作者:CnTech 发布时间: 2015-01-27 10:44:14 新闻来源: CnTech
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    在直拉法生长硅单晶的过程中,硅单晶生长的成功与否以及质量的高低是由热场的温度分布决定的。温度分布合适的热场,不仅硅单晶生长顺利,而且品质较高;如果热场的温度分布不是很合理,生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷,影响质量,情况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此在投资硅单晶生长企业的前期,一定要根据生长设备,配置出最合理的热场,从而保证生产出来的硅单晶的品质。

    在直拉硅单晶生长工艺中,一般采用温度梯度来描述热场的温度分布情况,其中在固液界面处的温度梯度最为关键。

    西安理工大学利用FEMAG/CZ软件对TDR-120炉进行模拟发现其固液界面的温度梯度基本处于一个合理的分布。晶体的纵向温度梯度比较大,这样才能够将硅单晶生长过程中释放的结晶潜热以及溶体传导给晶体的热量带走,这样才能增大固液界面处的过冷度,为硅单晶的生长提供足够的生长动力,使得硅单晶处于一个较高的速度下生长,从而提高生产效率。在固液界面处的纵向温度梯度不是过于大,这样抑制了大量微缺陷的产生,以及不规则晶核的生长,从而提高了硅单晶的品质,大大减少了变晶的概率。固液界面的形状微微凹向液体,这说明在固液界面处的径向温度梯度为负值,但是基本处于一个较为平坦的状况,从而保障了晶体的正常生长,以及杂质在径向的均匀分布。如下图是炉内的热场分布。

    西安理工大学根据模拟结果,对TDR-120单晶炉炉热场进行了设计及热电耦合模拟,确定了熔晶电流、电压、坩埚的位置等化料工艺参数,使熔晶过程可以顺利进行。并通过软件模拟,得到了长晶各个阶段炉内热场分布,并对热场的合理性进行了分析和讨论。在热场分析的基础上确定出合理的温度、速度曲线,为晶体生长控制奠定了工艺基础。