Cusp磁场中CZ硅氧浓度分布的数值模拟

利用FEAMG-CZ软件,模拟研究了cusp磁场对称面(定义为0高斯面)与熔体自由表面距离对直拉硅固液界面氧浓度分布的影响。结果表明:随着0高斯面的下移,熔体中的最小氧浓度降低,而固液界面的氧浓度升高,且径向均匀性变差。分析表明,这与熔体自由表面处的Marangoni流有关,抑制该流动有利于熔体中氧的蒸发,从而在自由表面下获得更低氧浓度的熔体,但会阻碍自由表面下方低氧熔体往固液界面的输运。因此,推断当0高斯面位于熔体自由表面下某一位置时,固液界面氧浓度将达到最低。模拟中,该位置位于Hm=0～-0.01m之间。     

CUSP磁场对直拉硅单晶氧浓度分布影响的数值模拟

利用有限元分析软件对φ300mm直拉硅单晶生长过程进行模拟,分析了保持CUSP磁场对称面与熔体坩埚界面交点处的径向分量不变的情况下,硅单晶中氧浓度分别随CUSP磁场通电线圈距离、通电线圈半径的变化规律.随着通电线圈距离和半径的增大,晶体熔体固液界面氧浓度均逐渐降低.随着通电线圈距离和半径的增大,硅熔体径向磁场强度逐渐增大,对坩埚底部熔体向晶体熔体固液界面处对流的抑制作用加强,固液界面下方熔体轴向流速减小,使得从坩埚底部运输上来的富氧熔体减少,继而固液界面处的氧浓度降低.随着线圈距离和半径的增大,为保持所需磁场强度,施加电流也逐渐增大,从而能耗增大,与增大通电线圈距离相比,增大通电线圈半径所需的电流较大.通过实验,将CUSP磁场对单晶中氧浓度分布影响的数值模拟结果与实际晶体生长进行了对比,实验结果验证了数值模拟的结果.     

300mm直拉单晶硅中的氮元素对氧化诱生层错的影响

采用直拉法生长普通和掺氮硅单晶,研究不同含氮浓度的晶体中氧化诱生层错(OSF)的行为.从4组晶体的相同位置取样,并对样品进行1100℃湿氧氧化实验.实验结果表明,随着晶体中氮浓度的增加样品中氧化诱生层错环(OSF-ring)宽度变大,且环内OSF缺陷的密度增加.这说明,氮的掺入促进了晶体中满足OSF形核要求的原生氧沉淀的形成,使OSF形核区变大.     

外延用300mm重掺B Si衬底中热致微缺陷研究

研究了重掺B对300 mm直拉Si衬底中热致微缺陷的影响.通过800℃/4～16 h+1 100℃/16 h的低-高两步退火处理发现,与普通(CZ)Si片相比,重掺B(HBCZ)Si片体内生成了高密度的热致微缺陷--体微缺陷(BMDs);B浓度的不同对BMDs的形态也有重要影响,重掺B Si片中出现杆状层错,随着B浓度的增加,层错密度增加,尺寸减小.研究表明,重掺B对BMDs的促进作用主要归功于B原子促进了氧沉淀的异质形核并由于原子半径效应使得这些核心较容易长大,而晶体中初始氧含量不是重掺B促进氧沉淀的主要因素.     

掺氮对300 mm单晶硅中流动图形缺陷和氧化诱生层错的影响

采用直拉法生长普通硅单晶和掺氮硅单晶,研究两种晶体中空位型原生缺陷（voids）和氧化诱生层错（OSFs）的行为。从两种晶体的相同位置取样,并对样品进行Secco腐蚀、1100℃湿氧氧化和铜缀饰实验。实验结果表明,在掺氮硅单晶中与较大尺寸的voids相关的流动图形缺陷（FPDs）的密度变小,氧化诱生层错环（OSF-ring）向样片中心处移动,同时宽度变大。这说明在直拉硅中掺氮可以抑制大尺寸voids的产生,同时可以缩小空位型缺陷区的范围,而且V/I过渡区（OSF-ring）的范围变大。     

大面积形体的三维无接触精确测量的研究

对大面积形体实现高精度三维无接触检测,是三维检测技术研究的难点和热点。提出了基于编码标志点的框架拼接法,采用数码相机三维重构与结构光三维扫描技术相结合的方法,实现了大面积形体的三维精确测量。阐述了大面积形体测量拼接框架构造的基本原理,对其中的关键技术如数码相机的标志点三维检测与重构,局部点云与空间框架的拼接进行了介绍,并给出了检测实例。实验表明该系统具有操作方便、测量范围大、测量精度高等的特点。     

晶体生长速度对硅单晶微缺陷影响的数值模拟

利用有限元分析软件对为300 mm直拉硅单晶生长过程进行模拟,分析了硅单晶体中微缺陷的类型和分布随不同晶体生长速度的变化规律。随着晶体生长速度的不断增大,硅单晶体中以空位为主的微缺陷区域逐渐增大,如水晶起源粒子(crystal originated particles,COP),以间隙原子为主的微缺陷区域逐渐减小,同时,间隙型微缺陷的浓度呈现不断减小的趋势,空位型微缺陷的浓度呈现不断增大的趋势。晶体生长速度的不断增大,硅单晶体中间隙型微缺陷的浓度与空位型微缺陷的浓度近似相等的区域先增大,后减小。通过Cu缀饰实验和流体图案缺陷(flow pattern defect,FPD)密度测量,将所得微缺陷类型、浓度的实验结果与晶体生长速度对硅晶体微缺陷影响的数值模拟结果进行了对比,实验结果验证了数值模拟的结果。     

热场结构对直拉硅单晶生长能耗影响分析

结合多年热场使用经验和计算机模拟技术分析了在热场结构中影响能耗的主要因素,并提出了降低能耗的有效措施,其中包括使用热屏、紧凑的热场结构及使用低热导率的保温材料.使用小口径热屏对降低能耗有显著的效果.改进热场结构:减小加热器与石墨坩埚的间距或减小加热器与保温层的间距都能有效降低直拉硅单晶生长能耗.分析了温场中其他热量的损失,提出了包括减少热场部件与炉体直连,选用低热导率的保温材料的方法可以有效降低能耗.     

大直径直拉硅单晶炉热场的数值模拟

数值模拟技术已经成为分析和发展工业化晶体生长工艺必不可少的工具。提出了直拉硅单晶生长过程温度分布的有限元模拟，通过对300单晶炉内热场的数值模拟计算，得出了晶体生长不同阶段的单晶炉内温度分布及相应的温度梯度和热流密度分布。     

300 mm 硅单晶生长过程中热弹性应力的数值分析

采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长300mm硅单晶热场和热应力分布进行了模拟，模拟考虑了热传导、辐射、气体和熔体对流、热弹性应力等物理现象。针对晶体生长过程中小形变量的塑性形变，以Cauchy第一和第二运动定律作为局部控制方程，考虑了硅单晶的各向异性，计算了〈100〉硅单晶生长过程中晶体内von Mises应力分布和变化规律，结果表明在等径生长阶段热应力上升最显著，界面上方晶体内热应力随晶体生长速率增大而升高。