VGF法生长6英寸Ge单晶中热应力的数值模拟优化

VGF技术生长单晶时温度梯度较低,生长速率较小,目前已成为生长大直径、低位错密度晶体的主流技术之一。采用数值模拟研究了VGF法6英寸低位错Ge单晶的生长,结果表明在采用自主研发的VGF炉生长6英寸Ge单晶时,晶体生长过程中晶体与熔体中均具有较低的温度梯度(这里的温度梯度是指的界面附近的温度梯度),尤其当晶体生长进入等径生长阶段后,晶体中的轴向温度梯度在2～3 K.cm-1之间,熔体中的轴向温度梯度0.8～1.0 K.cm-1之间;晶体中的热应力除边缘外均在(2～9)×104 Pa之间,低于Ge单晶的临剪切应力,且晶体生长界面较平整;坩埚与坩埚托之间的间隙对于晶体生长中的边界效应影响显著,将8 mm间隙减小至2 mm后,埚壁外侧的径向热流增加,使得晶体边缘的最大热应力减小至0.21 MPa和Ge单晶的临剪切应力相当,实现了热场的优化。     

4英寸VGFGaAs单晶生长的数值模拟与实验研究

利用数值模拟和实验相结合的方法,研究了4英寸VGF GaAs单晶的生长.首先基于炉体结构和所采用材料,建立一个和真实单晶生长系统接近的炉体模型.根据此模型,采用晶体生长模拟软件CrysMas计算得到整个炉体内的温度分布、晶体及熔体的温度梯度、界面位置等.通过对单晶生长不同时间点的模拟,制定了一套单晶的生长工艺.然后,严格遵循此工艺进行单晶生长实验.通过对实验和模拟结果的对比分析,建立了实验和数值模拟之间的联系,为进一步利用数值模拟指导晶体的实际生长提供了依据.最后,利用数值模拟研究了单晶生长中"边界效应",探讨了晶体生长过程中产生多晶的原因.     

VGF法生长4英寸GaAs单晶固液界面形状和热应力的数值模拟研究

采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.     

6英寸砷化镓单晶VGF法生长中坩埚-埚托间隙对晶体生长过程影响

在VGF法生长6英寸GaAs单晶的实际生长过程中,坩埚与坩埚托之间难以实现完全的理想贴合.坩埚与埚托之间的空隙对晶体生长过程中的温场和固液界面形状影响较大.通过模拟计算5种不同的空隙形状时的温场与热应力分布,发现随着空隙面积的增大,固液界面在轴向上的位置逐渐下降.在锥形空隙情况下,得到一个平坦的固液界面.设计了两种不同的空隙填充方案,模拟计算的结果表明,液态Ga完全填充时,在晶体轴向上热应力的分布较为平缓,有利于生长低位错、高质量的GaAs单晶.     

垂直凝固法（VF）生长砷化镓单晶

垂直凝固法（ＶＦ）生长砷化镓单晶宋萍王永鸿马碧春濮玉梅（北京有色金属研究总院１０００８８）关键词：垂直凝固法（ＶＦ）砷化镓（一）引言砷化镓等Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料在高速发展的电子领域中起着重要的作用。电子器件的需求不断推动着单晶生长技术的发展。而...     

VGF法GaAs单晶位错分布的数值模拟和Raman光谱研究

采用数值模拟技术和Raman光谱法对4inch垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶位错进行了研究。运用数值模拟软件计算了GaAs晶体生长过程中的位错分布,模拟计算与实验结果一致。通过Raman光谱测量,定量计算了晶片表面的残余应力分布。Raman测量结果表明,残余应力与位错密度分布基本一致。在VGF法生长的GaAs单晶中观察到了不完整的位错胞状结构,并利用Raman光谱法对其进行了微区分析。     

数字模拟法研究坩埚锥角对VGF法GaAs单晶生长的影响

坩埚锥角是诱发VGF法GaAs单晶出现孪晶与多晶的重要因素之一,应用数值模拟的方法对其进行了研究与探讨,研究发现,在晶体生长的放肩阶段,坩埚锥角为60°,90°,120° 3种情况下,晶体生长的固液界面均凹向熔体,随坩埚锥角α的增大,接触角θ变小,非均匀形核几率增加,易诱发孪晶和多晶.根据热量传输分析,在晶体生长的转肩阶段,随坩埚锥角α的增大,沿轴向传走的热量减小,径向传走的热量增加,增大了径向的温度梯度,造成凹的生长界面,导致三相点处过冷度的增加,也增大了孪晶及多晶产生的几率.而在等径生长部分由于远离了坩埚直径增加的区域,坩埚锥角对成晶率的影响较小.考虑到晶体生长的效率,为获得较长的等径部分,需要设计合适的坩埚锥角.选取了90°的坩埚锥角,模拟及实验均证实这一角度即能有效提高单晶成晶率,又能保证一定的晶体生长效率,并生长出直径4英寸的VGF GaAs单晶.     

MOCVD法透射式GaAs光阴极材料生长及性能研究

应用常压 MOCVD 装置制备了透射式 GaAs 光电阴极材料。p 型 GaAs 发射层掺杂浓度为10(?)～10~(19)cm~(-3),少子扩散长度为4.02μm。Al_xGa_(1-x)As 层的铝组份含量达0.83光谱吸收波长范围与设计值基本符合。用此方法生成的材料进行了阴极激活实验,制成了透射式 GaAs 光电阴极。     

串联速率法研究仲钨酸铵晶体线生长速率

将结晶成核期后晶体的生长阶段作为线生长速率测定的时间范围,采用“串联速率法”研究了仲钨酸铵(APT)的晶体线生长级数。NH4Cl—NH3·H2O—H2O系和NH3·H2O—H2O系测定的APT晶体线生长级数分别为0.69和0.82。     

VGF法GaAs单晶生长中热通量对固液界面形状的影响

采用专业的晶体生长模拟软件CGSim模拟了垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长过程中固液界面形状及其变化;分析了生长过程中界面上不同位置的热通量及其变化,并利用能量守恒关系,分析了热通量对固液界面形状的影响,改进了前人在忽略凝固或熔化相变潜热的基础上推导出的固液界面形状和温度梯度之间的数学关系。结果表明:固液界面上各点热通量的不同导致各点生长速度的不同,从而形成偏离程度各异的固液界面形状。采用霍尔效应测量法检测了GaAs单晶中的载流子浓度分布,分析了固液界面形状对晶片电学均匀性的影响。结果表明:对于分凝系数k_01的溶质,平坦的固液界面,晶片中载流子浓度分布更为均匀;凸形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而增加;凹形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而降低;载流子浓度分布的不均匀性随固液界面非平坦性的增加而增加。     

初始速率法研究仲钨酸铵晶体线生长级数

应用“初始速率法”研究了仲钨酸铵(APT)晶体的线生长级数。采用不同初始钨浓度下,APT成核期晶体线生长速率最大值(L·max)和平均线生长速率(L·)作为“初始速率”,测出的APT晶体线生长级数分别为0.93和0.79。     

基于神经网络的提拉法钛单晶生长过程建模

用神经网络建立提拉法钛单晶生长过程的经验模型，并通过试验验证模型的有效性。改进钛单晶生长试验设备，采集建立经验模型所需的无噪实验数据。建立前馈神经网络预测器，建模提拉法钛晶体生长过程非线性动态特性，用自适应BP算法训练神经网络，以加快网络的学习和收敛。     

Growth of ZnO Single Crystal by Chemical Vapor Transport Method

ZnO crystals were grown by CVT method in closed quartz tube under seeded condition. Carbon was used as a transport agent to enhance the chemical transport of ZnO in the growth process. ZnO single crystals were grown by using GaN/sapphire and GaN/Si wafer as seeds. The property and crystal quality of the ZnO single crystals was studied by photoluminescence spectroscopy and X-ray diffraction technique.     

In-Situ Observation of SiC Bulk Single Crystal Growth by XRD System

In-situ analysis for SiC bulk single crystal growth was reported using vertical X-ray diffractometer system. A furnace for SiC sublimation growth combined with the XRD system which possessed three kinds of functions including topography, rocking curve measurement and crystal growth rate monitoring was developed. These functions could contribute as a powerful tool finding the optimum growth condition by dynamic observation in the crucible. In this study, the in-situ X-ray topographs succeeded to capture dynamic elongation of defects and dislocation generated in the SiC growing crystals. The in-situ rocking curve measurement reviled appearance of mosaic structure in the SiC crystal grown with high growth rate. The in-situ growth rate monitoring also succeeded very precisely using the direct X-ray beam absorption. On the base of findings and facts obtained by the in-situ observations, the importance for the SiC growth was discussed.