形核物对铸锭多晶硅晶体生长的影响

对硅铸锭过程中的长晶阶段进行模拟和实验对比分析,研究二氧化硅种晶熔化界面形状和晶体生长界面形状。采用光致发光仪（PL）研究硅片的杂质和缺陷[1-2]分布,用微波光电导仪（u-PCD）研究了铸锭多晶硅锭少子寿命[3-4]的分布图。当形核物为SiO2, SiO2的尺寸为20um,形核温度为1430℃时制备的硅片表面相对完美,结构致密。     

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.     

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.     

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。     

用直拉法生长PbMoO_4晶体时的液流转换及对晶体完整性的影响

在不同的生长条件下进行了钼酸铅(PbMoO_4)晶体生长实验,研究了生长条件与固液界面附近液流状态的关系,以及液流状态对界面形状和晶体完整性的影响.实验表明PbMoO_4晶体生长过程中,界面形状经历了从凸到凹再凸的变化.这些变化是受固液界面附近液流状态的转换支配的.在等径生长过程中,固液界面附近的液流发生了从强迫对流占优势向自然对流占优势转换的现象.我们认为,这一现象是当格拉索夫数Gr随着液面下降熔体径向温差增加而增加到超过某一临界Gr数时产生的.液流的这一转换使得界面中心部位的生长速度迅速增加,产生了组分过冷或气泡、固体包裹物的集聚.我们利用增大熔体的径向温差并降低晶体的转数来降低强迫对流的强度,有效地抑制了固液界面附近液流转换,从而避免了上述缺陷的产生,提高了晶体完整性.研究表明维持生长过程中固液界面附近液流状态的稳定性是生长完整晶体的重要条件.     

VB法生长CdZnTe晶体的放肩角度优化北大核心CSCD

基于有限元法构建了CdZnTe晶体生长模型,分析了不同放肩角度下固液界面的形态演变。模拟结果表明,放肩角度变化导致了放肩区域内温度梯度分布的变化,进而改变了该区段的固液界面形态。在60°/90°/120°/150°四种放肩角度中,120°能在放肩段得到最平坦的固液界面。随着生长进行,不同角度下固液界面的形态差异逐渐减小,在主体生长中所有界面形状趋于一致。根据模型参数进一步实施了CdZnTe晶体的生长实验,结果表明,在90°/120°/150°三种放肩角度中,120°放肩时晶锭头部的单晶率更高。     

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。     

引上法生长InSb单晶的固液界面形状

用引上法等方法生长的晶体所产生的电阻不均匀性,因生长条件(例如生长速度、固液界面形状、生长方向等)不同,晶体内的杂质分布也不同。对InSb晶体也看到了资料所提出的电阻不均匀性,并分析了造成不均匀性的原因。本文介绍按〈111〉方向拉晶、固液界面成凸状时,若提拉速度很快,一离开融液,晶体尾部就可明显地看到Y字形变形。而且,这种现象与晶体杂质浓度的不均匀性关系很大。典型的Y字形如图1所示,晶体周围全裂开了,可见晶体周围和中心部位的生长速     

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。     

垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件优化

分析了利用垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件,如坩埚的材质和形状、炉体温场、固液界面形状、生长速率以及采用籽晶等生长条件对晶体单晶率和质量的影响,并提出了优化垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体的条件。     

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℃。     

交叉深沟槽硅外延的生长研究

随着先进半导体器件需求的不断提升,深沟槽硅外延已逐渐代替传统离子注入工艺成为器件开发的新方向,由于受晶向的影响,硅外延生长质量存在极大差异。通过<100>和<110>两种晶向硅片在交叉深沟槽中的外延生长,采用SEM和TEM分析了硅外延生长形貌和质量,运用TCAD模拟验证该结构下的外延生长机理,同时采用暗场扫描（DFI）和表面刻蚀方法检测硅片表面缺陷。结果表明硅晶向对交叉深沟槽外延的生长质量有重要影响,<100>硅片在交叉区域外延形成的{110}面和{111}面多,容易产生位错缺陷,而<110>硅片相比<100>硅片转向了45°,外延中形成的{110}面和{111}面减少了一半,从而外延质量改善明显。     

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．     

定向凝固法生长多晶硅中位错密度降低的研究进展

位错可以通过缩短少数载流子寿命而严重限制多晶硅太阳电池的转换效率,随着对高转换效率的追求,研究多晶硅位错的重要性也随之增加.在介绍现有半导体晶体CRSS和HAS位错模型的基础上,归纳了定向凝固法生长多晶硅中应力、晶界、杂质、过冷度对位错形成的影响机制与缺陷腐蚀和原位检测等多种位错表征方法.重点阐述了控制固液界面形貌、籽晶、掺杂、硅锭制备工艺、硅片退火等技术对减少与抑制多晶硅位错的影响.最后,针对位错模型、位错表征以及多晶硅生长过程中位错的抑制和生长后位错密度降低技术进行了展望.     

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.     

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 .     

碲溶剂法生长HgCdTe炉温梯度对晶体性能的影响

本文以溶剂法的基本原理出发讨论炉子高温区温度梯度大小对液区宽度和长晶速度的影响,也讨论了温度梯度对生长界面形状的影响和要避免在长晶过程中出现组分过冷的基本要求。文中给出有关实验结果和上述分析进行比较,以及在不同梯度下生长得的典型晶体的结构特点和电性能情况以及用这样的晶体制成的光导、光伏器件的性能情况。结果表明,在温度梯度为20～50℃/厘米下生长的晶体,其主要性能没有很大的差别。     

丝网印刷制备黑硅太阳电池及其性能表征

采用纳米金颗粒催化腐蚀的方法在硅片表面制备得纳米多孔结构,实现了1.5%（300-1200 nm）的权重反射率。本文采用OPCl3扩散、丝网印刷制备前后电极及共烧等常规太阳电池工艺来制备黑硅太阳电池,对不同腐蚀深度及不同扩散方阻的黑硅太阳电池片的输出电性能进行了分析,并对制备工艺进行了优化,提高了电池的转换效率,实现了丝网印刷制备12.17%的黑硅太阳电池转换效率。     

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。     

碲溶剂法生长碲镉汞晶体的特点

本文扼要叙述碲溶剂法生长高质量、组分均匀的碲镉汞晶体的工艺;着重说明本法具有:降低长晶温度,减少爆炸;拉平长晶时的固-液界面,改善晶体径向均匀性和区域提纯而提高晶体本身纯度的作用。本法所生长的晶体结构较完整,晶体中段组分较均匀,晶体中段经一次退火后,在77 K下,电子浓度可达3×10~(14)厘米~(-3),其迁移率可达2×10~5厘米~2·伏~(-1)·秒~(-1)。用这种晶体可制成有较好性能的光导和光伏型红外探测器。