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《重庆大学》 2007年
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勾形磁场对硅单晶CZ生长过程影响的全局数值分析

魏东海  
【摘要】: 大直径硅片的生长技术是当今硅材料生产研究的重要方向之一,而晶体生长界面的形状、温度分布、氧浓度分布等对熔体流动状态十分敏感。为了了解勾形磁场环境下、磁场强度变化对单晶硅生长过程中传输现象的影响,利用有限单元法对Czochralski(CZ)炉内(炉子直径7.2cm,晶体直径3.5cm,保护气体压力1333Pa)的传递过程进行了全局数值模拟。假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流,熔体为不可压缩牛顿流体,CZ炉外壁温度维持恒定。温度分布、气体和熔体速度场等采用Newton-Raphson方法通过联立求解一组非线性代数方程组得到,由计算得到的温度和速度值计算氧浓度分布。 结果表明:勾形磁场能有效抑制熔体内的流动,产生由洛仑兹力和表面张力、洛仑兹力和浮力分别驱动的上、下两个涡胞。 随着磁场强度的增加,熔体内传热向导热型转变,熔体内温度梯度增加;加热器功率、坩埚壁面与晶体-熔体界面温差增大;受传热的影响,结晶界面温度梯度在场强为0.05T时略有降低,之后增加;而结晶界面形状在场强为0.05T和0.1T时向熔体侧弯曲,之后随磁场的增加,逐渐变得平坦。 同时,勾形磁场还增大了熔体内最高氧浓度值、降低了最低氧浓度值,熔体内的传质机制逐渐转为以扩散为主;结晶界面处的氧浓度随磁场强度的增加而逐渐降低,当磁场强度高于1.0T时,结晶界面氧浓度会略有上升。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O78

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