拉速对12英寸单晶硅点缺陷分布影响的动态模拟仿真研究

半导体单晶生长过程中伴随大量的空穴性和间隙性本征点缺陷,这些本征缺陷在单晶生长过程中随着晶体温度的降低不断复合或湮灭形成纳米级空洞型或位错、层错等缺陷,会对硅片质量及后续的器件性能产生严重影响。利用计算机模拟仿真技术对12英寸半导体直拉单晶硅生长过程的传热及点缺陷进行了动态模拟仿真计算。动态仿真计算过程中分别采用了恒定及连续变化的拉速,以研究单晶直拉速度对点缺陷分布的影响。研究结果表明,生长速度较快时,晶体内部主要以空穴性点缺陷为主;当生长速度逐步降低,晶体内部空穴性缺陷区域逐渐缩小;通过合适的拉速控制及V/G理论,使用点缺陷动态模拟仿真计算可为生长特定点缺陷分布甚至无点缺陷硅单晶工艺提供有效依据。     

半绝缘GaAs单晶中的微沉淀

利用 JEM-200CX 透射电子显微镜观察了原生未掺杂及掺铟的半绝缘 GaAs 单晶中的微沉淀相,发现含位错的晶体中均有 GaAs 的微多晶粒沉淀相,大小在5～100nm 不等。根据 EDXA 分析,这些微多晶粒是富砷的 GaAs,富砷的程度掺铟的比未掺的严重。沉淀相可能是由于晶体生长时,生长界面局部组份过冷所引起。     

防止重掺砷CZ单晶硅组分过冷的探讨

在探讨组分过冷数学模型的基础上,针对重掺砷CZ单晶硅的生长,理论计算了防止组分过冷时固液界面处晶体温度梯度GS的临界值为51.32~33.10 K/cm.以此为依据,设计了具有较大温度梯度的18寸(60 cm)晶体生长热场,以数值模拟的方法,给出了固液界面处晶体的温度梯度GS的模拟值为54.68~38.14 K/cm.在晶体等径生长的各个阶段,固液界面处晶体的温度梯度GS的模拟值均在防止组分过冷的临界值之上,可以有效避免晶体生长过程中组分过冷的发生,并利用实际晶体生长试验的结果验证了以上分析的有效性.     

锗晶体生长与熔体深度和熔体体积的关系

直拉法生长锗晶体时,电阻率的均匀性、小角晶界的产生以及晶体生长速度都同熔体动力学状态有很大的关系,而熔体的动力学状态与熔体的深度和体积有着直接的联系,控制了熔体的深度和体积,就能有效地控制晶体电阻率的均匀性、小角晶界的产生及晶体生长速度。     

硅单晶漩涡缺陷Ci_4C4络合体模型商榷

漩涡缺陷是无位错硅单晶中对器件性能影响较严重、研究较广泛的一种微缺陷。但到目前为止,这种微缺陷的结构及形成机理还不很清楚。尤其是关于其中的B缺陷,能从实验中获得的知识更为有限。杨国琛同志的Si_4C_4络合体模型是这方面的一个有益尝试。这个模型突出了晶体生长参数和杂质     

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.     

高温氩/氢混合气氛退火对硅片表面质量的影响

研究了高温退火过程中氩/氢混合气氛对300 mm硅片表面质量(原生颗粒缺陷和微粗糙度)的影响。在氢气含量不同的氩/氢混合气氛中,对样品进行1100℃,1 h的高温退火处理,研究退火前后硅片表面原生颗粒缺陷和微粗糙度值的变化。实验结果表明,氩/氢混合气氛中氢气的含量对硅片表面原生颗粒缺陷的消除没有促进也没有抑制作用,增加氢气比例能促进硅片近表层处空洞型缺陷的消除;混合气氛中氢气的存在使得退火后硅片表面的微粗糙度值增加的更多,同时随着氢气比例的增加,表面微粗糙度增加的百分比总体呈递增趋势。最后就氢气对硅片近表面处空洞型缺陷的消除促进作用和氢气至表面微粗糙度变化机制做了分析。     

重掺锑硅单晶的生长

在直拉(CZ)法生长的重掺锑硅单晶中,由于锑在硅中的特性,造成无位错(文中指No<1000个/厘米~2)晶体生长的困难,同时断面电阻率均匀性也难以控制,严重影响了单晶的成品率。 本实验用改变动态工艺参数方法调整晶体固液界面,以控制一个微凸等温面,取得了无位错且电阻率分布较为均匀的晶体生长条件。使重掺锑硅单晶成品率达到40％。工艺基本稳定。     

提拉法生长立方相KTa1-xNbxO3晶体

报道了用提拉法在KNbO3-KTaO3固熔体体系中生长立方相KTa10xNbxO3晶体。实验采用两种不同的原始配料生长晶体：即生长组分分别为KNbO3：KTaO3（摩尔分数）=0．35：0．65和0．45：0．55，分别得到x=0．14和0．19的KTN晶体，晶体尺寸可达厘米级。分析了晶体的形态特征和宏观缺陷并讨论了各种缺陷的形成机制；利用JXA-8800电子探针技术测定了晶体组分；讨论了影响晶体生长的多种条件。发现温场和提拉速度是影响KTN晶体生长和质量的主要因素。     

大规模集成电路用硅单晶的研究

进一步研究了提高硅单晶的质量,取得了良好的结果。采用减压拉晶工艺,研究炉室内气体运动状态,调节氩气流量,及时有效地排除反应产物,碳的含量得到了显著的降低,多数单晶样品的碳含量≤5×0~(16)/厘米~3。系统地研究了消除旋涡缺陷的途径。设计出一个梯度适宜、热对称性良好的温度场,合理选择晶体生长参数,获得近似平坦而微凹的结晶前沿,注意氧含量的控制,能够做到90%以上的 P 型〈111〉,〈100〉单晶为无旋涡缺陷。无旋涡缺陷单晶生长工艺有助于单晶径向电阻率均匀性的改善,径向电阻率不均匀度一般均可≤8%。     

二甲醚燃烧用催化剂BaO·MnO·6Al_2O_3的热分解动力学

采用反相微乳法制备和超临界干燥获得前驱体BaO.MnO.6Al2O3。利用TG-DTA曲线和XRD分析对前驱体的热分解过程进行研究,并用Coats-Redfern法和Kissinger法进一步研究前驱体的热分解动力学,获得六铝酸盐催化剂前驱体热分解的机制函数为:积分式G(α)=[-ln(1-α)]4,微分式为:f(α)=(1/4)(1-α)[-ln(1-α)]-3,反应为随机成核和随后生长控制,计算出的活化能Ea=187.80kJ.mol-1。     

失重条件下的晶体生长

从1971年开始至今,世界上通过阿波罗、天空试验室等,在失重情况下进行了40余种的材料试验。试验国家主要有美、苏、日、西德等。航天飞机的上天,大大推进了材料试验进程。现在世界各国纷纷租用航天飞机进行失重试验。无重力下的试验到目前为止分别用液相生长法和气相生长法进行了GeTe、InSb、Ge、In_xGa_(1-x)Sb、GeSe_(0.99)Te_(0.01)、GeS_(0.08)Se_(0.02)、GeS、Ga:Ge(Se、Te):Ge、酒石酸钙等晶体生长试验。目的是弄清定向凝固时微观生长情况、掺杂偏析现象、生长速度、融体对流、融体与容器的湿润性等。Witt等人进行的InSb无重力下晶体生长,通过测定迁移率和载流子浓度可知,掺杂分布比在地面上生长的晶体要均匀得多。     

氩气氛NTDFZ－Si中的空位型缺陷

用正电子湮没技术研究了生长态、总注入量分别为５．８×１０￣（１６）和３．６×１０￣（１７）ｃｍ￣（－２）的中子辐照氩气氛区熔单晶硅中空位型缺陷的退火行为，发现未辐照单晶硅在从室温到高温的退火过程中始终存在着分量强度为１０％～１８％的单空位型缺陷；低注入量中子辐照的主要缺陷是单空位型，较高注入量中子辐照时单空位和双空位型缺陷浓度均较高。     

微型计算机自动控制CZ硅单晶等径生长

采用CZ法生长硅单晶时,其固体和熔体中的温度梯度是决定晶体生长速度的主要因素。生长速度、晶体直径和炉温三者之间存在着复杂的联系,晶体直径的控制又是一个大热容量滞后的多变量系统。因此常规仪表难以胜任。上海有色金属研究所在国产TDR-40炉上采用微型计算机自动控制晶体等径生长,减轻了劳动强度和减少了操作失误,有效地保证硅单晶质量和实得率。控制用微型计算机以Cromemco CSⅡ为     

大直径直拉硅单晶等径的PID参数优化

随着国内硅材料应用技术不断发展,在大直径单晶的直径生长控制方面除了在设备上采用更加先进的双CCD系统,同时也对单晶生长的直径PID提出了更加严格的要求,因此研究单晶生长的直径PID参数设置有着重要意义.以等径阶段PID参数设置为研究对象,采用晶体生长的实验方法研究了不同PID参数控制对晶体生长的影响,分析了不同参数的作用,最终获得了大直径CZ硅等径生长的优化PID控制参数.实验选用TDR-150型单晶炉,Ф700mm热场系统,一次性投人200kg多晶硅,拉制目标直径400mm的大直径硅单晶.从实验中可以分别得到4条晶体生长等径过程中直径波动曲线以及4张等径过程中实际拉速及晶体生长速率波动图.通过对比分析,实验确认了PID 3个参数(P值比例增益,D值微分,I值积分)的合理取值范围及其作用效果:应使P值在系统具备较高灵敏度和稳定控制的平衡点;使D部分在系统频率特性的中频段,以改善系统的动态性能;而使I值在系统频率特性的较低频段,以提高系统的稳态性能,同时又能够作用于长期控制.     

多晶硅锭的制备及其形貌组织的研究

研究了采用定向凝固法制备多晶硅锭的凝固速率与表面形貌、晶粒尺寸以及显微组织缺陷的关系。找出了晶锭不出现细晶的临界生长速度 ,并对固液界面形状进行了探讨。多晶硅锭的制备工艺主要包括定向凝固法及浇铸法。采用定向凝固法制备多晶硅锭 ,通过改变降埚速率控制晶体生长速度 ,进而找出晶粒大小与降埚速率的关系 ;同时通过改变石英坩埚、石墨托厚度 ,冷源半径等几何参数来达到控制固 液界面形状的目的。     

D860树脂对V(Ⅳ)的吸附性能研究

研究D860阳离子交换树脂对V(Ⅳ)的吸附性能,进行pH、平衡吸附时间、温度和V(Ⅳ)初始浓度试验,分析了吸附过程的热力学、动力学特征以及等温吸附模型,同时研究了共存杂质离子对D860树脂吸附V(Ⅳ)的影响。结果表明,D860树脂吸附V(Ⅳ)的最佳pH为2.5,吸附平衡时间为8h,吸附量随温度、V(Ⅳ)初始浓度的升高而增大;吸附过程的ΔH=3.78kJ/mol、ΔS=49.44J/(mol·K)、ΔG298K=-10.95kJ/mol;拟一级、拟二级动力学模型均可以较好地解释吸附过程,吸附过程速率主要受颗粒扩散控制,表观吸附活化能为23.76kJ/mol;吸附符合Langmuir等温吸附模型;V/Al、V/P、V/Fe的分离因数均大于1。     

多晶硅生长过程固液界面、应力、位错及熔体流动的变化规律

定向凝固（DS）法生产的多晶硅锭是光伏产业最基础、最主要的功能性材料之一，但实际生产中多晶硅复杂的工艺仍需进行优化。采用有限体积法对定向凝固法多晶硅生长过程进行瞬态全局模拟，数值模拟过程中将温度场、应力场和流场进行耦合，以研究多晶硅生长过程中固液界面波动率、硅锭内应力、位错密度以及硅熔体流动的变化规律。结果表明，长晶初期固液界面波动率较大，为29.83%，而长晶中期和末期界面波动率仅为6%和3.434%；且熔体流速也对固液界面影响较大，通过降低靠近固液界面处的熔体流动速度有利于形成平坦的固液界面；在生长过程中硅锭中最大位错密度和最大应力值随长晶时间变化趋势大致相同，控制和优化长晶后期的工艺参数可以有效减少多晶硅生长过程中应力值和位错密度，为多晶硅定向凝固过程预测和控制提供一定的理论支持。     

硅片吸杂—提高器件收率的关键

在硅晶体生长过程中以及切片过程中都可能有一定数量的杂质进入硅中,典型的杂质有氧、碳和重金属。这些杂质和其它晶体缺陷已证明是器件失效和成品率低的主要原因。目前,阻止这些缺陷产生似乎是不可能的,但是必须对缺陷加以控制。基于这一理由,人们十分关注硅片吸杂—这是当前唯一流行的用来控制硅品格缺陷的方法。     

控冷工艺对微合金钢性能的影响

通过热轧模拟实验，研究了轧制过程中控制冷却工艺对含Nb－V微合金钢性能的影响。适当降低终轧温度，增加冷却速度，降低终冷温度，以控制Nb(CN),V(CN）析出行为，从而改善钢的性能。