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。     

大直径直拉硅单晶炉热场的数值模拟

数值模拟技术已经成为分析和发展工业化晶体生长工艺必不可少的工具。提出了直拉硅单晶生长过程温度分布的有限元模拟，通过对300单晶炉内热场的数值模拟计算，得出了晶体生长不同阶段的单晶炉内温度分布及相应的温度梯度和热流密度分布。     

VGF法生长6英寸GaAs单晶生长速率的优化

晶体的生长速率关系着晶体质量和生产效率,保证晶体质量的同时,实现较高的生产效率是晶体生长速率优化的主要目标.VGF技术生长晶体时,晶体的生长速率主要取决于控温点的温度及降温速率.在保持加热器控温点不变的情况下,利用数值模拟方法研究了0.9,1.8,3.6mm·h-13个速率下6英寸VGF GaAs单晶的生长,通过对比不同生长速率下温度梯度(均为界面附近晶体中的温度梯度)和固-液界面形状的变化及热应力的分布,得出以下结果:随着晶体生长速率的增加,轴向温度梯度增大的同时,沿径向增加也较快;但由于受氮化硼坩埚轴向较大热导率的影响,晶体边缘轴向温度梯度迅速减小;径向温度梯度在晶体半径70 mm处受埚壁的影响均变为负值,晶体中大量的热沿埚壁流失,导致生长边角上翘;生长速率的增加使得界面形状由凸变平转凹,"边界效应"逐渐增强,坩埚与固-液界面的夹角逐渐减小,孪晶和多晶产生的几率增加;通过对比,1.8 mm·h-1生长时晶体界面平坦、中心及边缘处热应力均较小、生长速率较大,确定为此时刻优化的生长速率.     

4英寸低位错锗单晶生长

采用直拉法生长 4 英寸低位错锗单晶,研究了热场温度梯度、缩颈工艺、拉晶工艺参数对单晶位错密度的影响,测量了单晶位错密度,结果表明位错密度小于3000.cm-2,满足空间GaAs/Ge太阳电池的使用要求.     

基座法拉晶工艺的新动向

1958年W.C.Dash开创了基座法拉晶工艺,并用此法生长了无位错的硅晶体,因而,此法在晶体生长技术领域中引起了有关学者的极大兴趣。美国德克萨斯公司曾采用此法拉制了以Lopex为牌号的无位错、低阻、高寿命的硅单晶,而盛名于硅晶体工业界。至今,已有许多科技工作者利用此法开展对晶体生长机理及其质量的研究,成功地     

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.     

DL—78型单晶炉的热场和减压工艺

本文论述了硅单晶生长炉从1公斤级增长到15公斤级时，其热场设计的基本方法及大容量、长时间拉晶过程中采用的减压工艺。指出在随器件要求而增加硅片直径时，硅单晶锭的直径和长度应成比例增加，即硅单晶长度：直径应大于10:1，而在晶体生长中，坩埚直径。晶体直径应大于2．5：1。在大容量、长时间的晶体生长条件下，保持2．7×103Pa左右的炉压、一定的氩气流量和合理的氩气导流结构是避克拉晶过程中SiO在空间凝聚或在炉内物件表面沉积的必要条件．     

Φ20mm硅单晶的生长工艺特点

在全自动拉晶条件下，讨论了拉制Φ２００ｍｍ硅单晶遇到的新问题。热场配置、工艺参数的选择、石英坩埚泊选用等有了更严格的要求。合理的轴向温度梯度和径向温度梯度、低拉速、低晶转瘃规范的拉晶工艺是拉制大直径单晶的关键。     

Φ200 mm硅单晶的生长工艺特点

在全自动拉晶条件下，讨论了拉制Φ２００ｍｍ硅单晶遇到的新问题。热场配置、工艺参数的选择、石英坩埚的选用等有了更严格的要求。合理的轴向温度梯度和径向温度梯度、低拉速、低晶转及规范的拉晶工艺是拉制大直径单晶的关键。     

300 mm 硅单晶生长过程中热弹性应力的数值分析

采用有限体积元法软件CrysVUn对直拉法生长300mm硅单晶热场和热应力分布进行了模拟，模拟考虑了热传导、辐射、气体和熔体对流、热弹性应力等物理现象。针对晶体生长过程中小形变量的塑性形变，以Cauchy第一和第二运动定律作为局部控制方程，考虑了硅单晶的各向异性，计算了〈100〉硅单晶生长过程中晶体内von Mises应力分布和变化规律，结果表明在等径生长阶段热应力上升最显著，界面上方晶体内热应力随晶体生长速率增大而升高。     

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.     

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     

硅单晶厂氩气净化、提纯与回收方案的选择

目前,在硅单晶制备中主要采用氩气保护成晶工艺。其中,根据硅单晶品种不同,采用的工艺也有所区别。在我国,一般区熔法制备硅单晶和φ50mm 以下的直拉成晶工艺多采用正压工艺,而φ50mm 以上的硅单     

Φ200 mm CZSi复合式热场的数值模拟研究

对国产TDR-80型单晶炉的复合式热场系统进行了优化设计, 建立了不同条件下的理论模型, 采用有限元数值模拟的方法分析了主加热器的延伸率、埚径比和熔体高度变化对直拉硅单晶生长中的温度梯度和热流密度分布的影响, 为提高晶体生长速率和质量提供了必要的理论依据.     

300 mm单晶硅生长过程中直径的功率控制方法

直拉法硅单晶生长过程微缺陷的形成和长大遵循Voronkov提出的V/G(V是晶体生长速度,G是晶体生长界面的轴向温度梯度)理论.在G由热场设计和液面位置决定的前提下,单晶硅生长过程中品体提升速度的精确控制是生长无空洞型原生微缺陷大尺寸单晶硅的关键.为控制品体的提升速度处于无原生微缺陷单晶硅生长所需的范围内,同时获得±1...     

生长4H-SiC单晶用粉料的合成

采用自蔓延法分别在竖直式反应腔室和水平滚筒式腔室中合成单晶生长用高纯SiC粉料,并使用所合成的高纯SiC粉料进行4H-SiC单晶生长。采用堆积密度测试、XRD、Raman和GDMS检测的方式研究了粉料晶向、晶型和纯度等特性,并对生长的4H-SiC单晶形貌和晶型进行表征,验证合成粉料的适用性。结果表明,将高纯SiC粉料合成过程放在水平滚筒式腔室中进行,合成的SiC粉料晶型稳定,结晶质量好,符合生长4H-SiC单晶的需求;对比竖直式反应腔室,水平滚筒式腔室的合成效率由87.8%提升到98.7%。     

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。     

中国制造出8英寸硅单晶抛光片

“直径 2 0 0mm(8英寸 )硅单晶抛光片高技术产业化示范工程”近日通过国家整体验收。承担此项目的北京有色金属研究总院 (科称“有研总院”)利用自主知识产权技术 ,形成了年产 6 0 0 0万平方英寸 8英寸硅单晶抛光片的生产能力。据介绍 ,这是我国目前建设成功的第一条可满足 0 2 5 μm线宽集成电路需求的 8英寸硅单晶抛光片生产线。有研总院院长屠海令介绍说 ,示范工程生产的硅单晶抛光片已在国内大批量应用 ,并向国际一流集成电路制造公司批量供货。如今 ,示范工程生产线运行状况良好 ,销量稳定增长。中国制造出8英寸硅单晶抛光片…     

在国产炉上研制区熔Φ101mm硅单晶

高反压、大电流电力电子器件的发展要求区熔硅单晶直径进一步增大.大直径区熔硅单晶的拉制最大困难在于高频加热设备能力和成晶工艺条件.目前国内生产φ101mm.区熔硅单晶只有一个厂家能在进口设备上实现.我们通过设备技术改造和工艺条件摸索,成功实现了在国产设备上拉制φ101mm.区熔硅单晶.填补了空白,节约了外汇,打破了迷信,为国内硅材料生产厂家和国产设备制造厂树立了信心.     

<100>P型4英寸无位错锗单晶的研制

从4英寸无位错锗单晶的生长温度梯度条件出发,设计开发了直拉法生长4英寸无位错锗单晶的双加热器热场系统;并对其热场进行了一系列的数值模拟研究,获得了4英寸无位错锗单晶的温度分布、轴向和径向的温度梯度分布以及热应力的分布结果:双加热器热场系统生长的锗单晶中轴向温度梯度在0.1~0.6 K·cm-1范围内,径向温度梯度为0.02~0.26 K·cm-1;锗单晶中局部区域的热应力值超过了锗单晶的临界切应力1 MPa,其他区域的热应力小于临界切应力。实验将双加热器热场系统中生长的无位错锗单晶,按要求切取测试片后进行位错腐蚀测量研究,获得测试片的位错密度和锗晶体的位错纵向分布。论文研究结果表明,锗单晶晶体中的应力分布数值模拟预期结果与实验生长的锗单晶位错腐蚀实验研究结果一致:该双加热器热场系统适合拉制4英寸无位错锗单晶;其位错呈离散分布,位错密度为350~480 cm-2。