用提拉法生长氧化物晶体时的一些问题

生长铌酸盐、钽酸盐和石榴石这样的氧化物晶体时,用一稳定方法生长直径不变的晶体往往碰到某些困难。本文通过模拟熔体中的液流和温场研究了金属和半导体晶体生长时不曾遇到的两大问题。一个是生长界面形状随液流变化由凸转向凹时,熔体流动由自然对流转变为生长时晶体旋转所产生的强制对流所引起的。另一个是晶体周围的热不对称引起的,而且只有当晶体和坩埚的温差或熔体的温度梯度低以及强制对流为主体时才发生。本文给出了强制对流肚过自然对流而占优势时的临界雷诺数。详细地研究了石榴石晶体生长时,其界面形状的突变情况。     

PbMoO_4晶体中芯状过冷胞形成条件的定量研究

在沿a轴生长PbMoO_4晶体的芯部,常出现云雾状的缺陷.我们称这样的胞状组织为芯状过冷胞.产生这种缺陷的原因是固液界面处因液流状态变化而引起的局部组分过冷.本文定量描述固液界面的变化与工艺参数之间的关系并计算出理论临界值.     

垂直Bridgman法生长氟化钙晶体的数值分析

利用Fluent软件,模拟计算了垂直Bridgman法大尺寸氟化钙晶体生长的具体过程,研究了晶体生长过程中的热传递和熔体对流传热,分析了固相、液相和坩埚的热导率的差异对坩埚中心轴的轴向温度分布和轴向温度梯度以及界面处的径向温度分布和径向温度梯度的影响。分析结果表明:熔体对流传热的效果随晶体生长的不断进行逐渐减弱;固相、液相和坩埚的热导率的差异对坩埚中心轴的轴向温度分布和轴向温度梯度以及界面处的径向温度分布和径向温度梯度有重要影响;晶体的结晶速度和坩埚的下降速度存在不一致性。     

支撑结构对碲锌镉固液界面形状的影响

在晶体生长过程中,固液界面形状与界面附近热流的状态有关。影响固液界面附近热流方向的因素有外部温场分布和材料热导率等。总结了常用的固液界面控制方式,然后采用CGSim温场模拟软件对3种使用不同支撑结构的晶体的生长过程进行了模拟,并对籽晶区以及锥形区内部固液界面的形状进行了对比。结果显示,支撑结构对籽晶区及锥形区内部固液界面的控制影响较大;通过采用合适的支撑结构设计并选取合适材料,同时配合外部温场的调节,能够得到理想的凸形固液界面。     

10cm VGF法GaAs单晶生长过程中热应力的数值模拟

采用数值模拟技术模拟了10cm(4 in)VOF法GaAs单晶生长过程中的温场分布、固液界面形貌以及热应力分布.推导得到了固液界面形状与轴向温度梯度和径向温度梯度之间的关系,定义了一个固液界面形状函数,用以表征固液界面偏离度.固液界面偏离度可定义为晶体边缘和晶体中心轴向位置的差值.计算得到固液界面凹(凸)度的临界值,小于该值时,固液界面附近的热应力低于临界分解剪切应力(CRSS).模拟计算了两个时刻的晶体中的热应力分布:当偏离度大于临界值时,晶体中的热应力大于CRSS,反之,晶体中的热应力小于CRSS,验证了理论推导的结果.     

感应加热引上法中熔体对流状态对生长Nd:YAG晶体的影响

一、引言 引上法生长晶体时,熔体对流对晶体生长的影响,早就引起了人们的注意。但是,关于熔体内对流的实验与理论研究,大多针对低熔点晶体,往往不适用于高温氧化物晶体生长情况。 晶体转动产生了熔体的机械对流,坩埚壁及底部加热产生了热对流,二者复合形成了较复杂的熔体对流状态。既影响熔体内热量传输,也影响着熔体内质量传输,因而对晶体生长必然会有较大影响。文中将分别针对两种不同类型的炉体,从大量晶体生长实验     

碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究北大核心CSCD

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。     

InSb晶体生长固液界面控制技术研究

在固液界面控制方面,对Si等成熟半导体的研究较多,而对锑化铟(InSb)材料的研究极少。对InSb晶体等径段生长过程中晶体拉速、转速和坩埚转速对固液界面形状的影响进行了模拟分析以及实际的晶体生长实验。结果表明,这三个生长参数对固液界面形状的平稳控制具有一定的效果。获得了平稳固液界面控制方法,为后续生长更低位错密度、更均匀径向电学参数分布的InSb材料打下了基础。     

Hg1-xMnxTe晶体的垂直Bridgman法生长系统温度场分析

利用ANSYS有限元软件,以实际炉膛内的温度分布为边界条件,分析了包括生长中的Hg0.9Mn0.1Te晶体和晶体生长炉在内的生长系统的温度场.结果表明,晶体、熔体、高压Hg蒸气和石英的存在,使炉膛内的温度分布趋于平缓.在气液(气固)界面、液固界面、石英坩埚顶部和底部,轴向温度出现转折.随着晶体的生长,固液界面的轴向温度梯度逐渐减小.当石英坩埚完全处于高温区或低温区时,所在位置的温度分布更均匀,但远离坩埚区域的温度场受到的影响很小.     

多晶硅铸锭温场分布的理论模拟与分析

采用二维轴对称近似的有限元法对DSS450型铸锭炉的温场分布进行理论模拟。对比分析了长晶过程中不同阶段的固液界面形状变化。随着长晶的持续进行,固液界面形状变得越平整,坩埚附近向内生长的晶体范围也变得越大。固液界面形状的变化会引起晶体生长方向的改变,出现晶体向内生长方式与向外生长方式的竞争现象,这种竞争的结果将导致位错、小晶粒的形成以及杂质的聚集。对硅锭中不同位置的硅片进行了电池试制,结果显示:位于硅块底部的硅片电池转换效率要高于位于硅块顶部的硅片电池转换效率;中央硅块的硅片电池转换效率要高于边缘硅块的硅片电池转换效率。最后模拟分析了工艺参数对固液界面形状的影响,并讨论了如何通过调整工艺参数来降低不同位置硅片间的质量差异。     

利用装置环形永磁场的直拉炉（PMCZ）生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁（钕铁硼）环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅（PMCZ法）．磁力线呈水平辐射状均匀分布．只要磁场强度足够强,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动,降低以至消除微观生长速率的起伏,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件．在这种条件下,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制．利用这种装置生长了掺锗（Ge∶Si重量比为1.0%,5.0%和10.0%）和不掺锗的硅晶体,获得了氧浓度较低,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体．该装置磁场强度可方便地通过调节磁环之间相对位置及磁环相对固液界面位置进行调控,满足不同工艺条件对不同的场强的要求．     

利用装置环形永磁场的直拉炉(PMCZ)生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁 (钕铁硼 )环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅 (PMCZ法 ) .磁力线呈水平辐射状均匀分布 .只要磁场强度足够强 ,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流 ,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动 ,降低以至消除微观生长速率的起伏 ,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件 .在这种条件下 ,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制 .利用这种装置生长了掺锗 (Ge∶ Si重量比为 1.0 % ,5 .0 %和 10 .0 % )和不掺锗的硅晶体 ,获得了氧浓度较低 ,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体 .     

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时固液界面形状的控制

采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,研究了不同因素对生长过程中固液界面形状的影响.模拟结果表明,当坩埚下降速度约为1mm/h时,可获得接近水平的固-液界面.晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致.因此,通过适当选择和调节坩埚下降速度可获得高质量晶体.     

LEC法GaSb晶体生长数值模拟研究

采用有限元模拟软件对液封直拉(LEC)法生长锑化镓晶体过程进行计算机建模。模拟分析了晶体旋转、坩埚旋转及隔热屏等因素对GaSb固-液界面形貌的影响。结果表明,晶体旋转与坩埚旋转分别具有促使凸向熔体的固-液界面曲率减小及增大的作用,且同等转速条件下,坩埚旋转对固-液界面形貌影响更大。此外,减小放肩角度、去除炉体上部的隔热屏等措施,均具有使凸向熔体的固-液界面曲率降低的作用。而使用液封剂使凸向熔体的固-液界面曲率增大。坩埚在加热器中存在某一位置,使熔体内部轴向梯度最大。炉膛内氩气流速最剧烈部位为保温罩与拉晶杆间的区域,Ar气对流导致上炉膛温度提高,并降低熔体表面温度约8℃。     

重掺锑单晶硅及其掺杂和生长方法

叙述了生长重掺锑单晶硅的必要性,困难性和克服这些困难的方法;还叙述了生长重掺锑单晶硅时固-液界面对晶体生长的影响以及如何获得理想的界面形状,介绍了一些典型的晶体生长参数和掺杂方法;讲座了生长重掺锑单晶硅时的组分过冷以及避免的方法.还讨论了如何提高重掺锑单晶硅的晶体完整性,指出了生长重掺锑单晶硅的关键在于找到形成稳定固--液界面的条件,防止组分过冷的发生,为此,要使用较小的晶体生长速度,在较大的纵向温度梯度热场中生长晶体,此外,应在满足晶体电阻率要求的前提下,尽量使掺入锑量控制在最低限度.     

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时固液界面形状的控制

采用有限元法对探测器材料 Cd Zn Te的晶体生长过程进行了热分析 ,研究了不同因素对生长过程中固液界面形状的影响 .模拟结果表明 ,当坩埚下降速度约为 1m m/ h时 ,可获得接近水平的固 -液界面 .晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致 .因此 ,通过适当选择和调节坩埚下降速度可获得高质量晶体 .     

垂直Bridgman法生长碲锌镉晶体的数值模拟分析

利用FIDAP数值软件,详细地模拟分析了垂直Bridgman法生长碲锌镉晶体过程,讨论了碲锌镉材料潜热释放及熔体对流对安瓿边界的温场分布的影响,分析了5 K/cm、10 K/cm、15 K/cm三种不同温度梯度条件对固液界面的影响.结果表明:在所采用的模型计算条件下,潜热释放及熔体对流对安瓿边界的温场分布有很小的影响;在生长初期和末期,固液界面变化比较剧烈;随着温度梯度的加大,在生长中期,界面凹向固态区的趋势减小,界面凹向液态区的趋势加大.     

SiC单晶生长界面形状计算机模型的建立及验证

利用多物理场耦合模拟软件研究了3英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅(SiC)单晶生长中感应线圈位置对单晶生长系统温度场的影响.分析了感应线圈位置变化对晶体表面径向温度、晶体内部轴向温度以及晶体生长界面形状的影响.同时分析了不同生长时期晶体的界面形状和各向温差的变化规律,建立了3英寸SiC单晶生长界面形状计算机模型,进而将计算机模拟得到的晶体界面形状与单晶生长对照实验获得晶体的界面形状相对比,验证了该模型的可靠性.以此为依据,优化了单晶生长工艺参数,获得了理想的适合3英寸SiC单晶生长的温度场,并成功获得了高质量的3英寸SiC单晶.     

YAG晶体等径生长过程中界面翻转与流体效应

本文讨论了提拉法氧化物晶体生长过程中固液界面的翻转与流体效应的关系。在自然对流时,Re不是一个独立的无量纲数.而是G的函数,与坩埚中熔体纵横比有关。计算了界面发生翻转与直径突变时晶体高度l:■对于坩埚中熔体的不同纵横比,计算界面翻转时的临界直径和晶体高度,与实验结果基本符合。     

称重法自控生长氧化物晶体时的外形畸变

本文分析了某些氧化物晶体用称重法自控生长的外形畸变及其产生的原因.腰带的形成与晶体下方熔体内的液流转换有关.螺旋形扭曲和拐腿现象的产生与液面径向温度梯度小且又同时存在着非对称自然对流相联系.