FEMAG整体介绍.pdf

仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 中仿科技 May 7 2015 全球领先的材料晶体生长 多物理场仿真分析软件 FEMAG介绍 技术部 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 晶体生长行业背景 FEMAG软件介绍 FEMAG软件产品线 FEMAG 典型应用案例 主要内容 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 行业现状 工业界对块晶体材料高度 依赖 半导体和光伏产业需求大 量的Si Ge晶体 LED 通讯 太阳能产业需 求GaAs INP SiC GaN 等晶体 HgCdTe 广泛应用于红外成 像设备 高能物理 医学成像 光 学依赖氟化物 卤化物 氧化物等闪烁晶体 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 设计工程设计工程 保温套形状 材质及位置设计 保温层选择及设计 加热器位置设计 辅助加热器 多加热器设计 质量控制工程质量控制工程 热应力控制 氧 碳含量控制 掺杂物控制 缺陷控制 成本控制工程成本控制工程 能耗与气耗 原料辅料 成本 使用寿命等 晶体生长仿真需求分析 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 晶体生长仿真难点 晶体生长是一个复杂的过程 涉及 多物理场耦合 传热 流体 磁场 热应力 传质 多尺度耦合 多时间尺度 多空间尺度 高度非线性过程 相变 材料参数高度温度依赖 熔体流动 考虑多种对流效应 FEMAG数值仿真解决方案 重新写 建立考虑多场耦合的全局有限元模型与算法 准稳态 准定常 模型 逆向动态非定常模型 直接动态非定常模型 Navier Stokes求解器结合Newton Raphson迭代法 准确 快速地求解晶体生长涉及的复杂问题 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG软件概况 国际先进 高效 全面的晶体生长多物理场耦合仿真分析软件 可模拟Cz Ky FZ DS VB VGF PVT等晶体生长工艺过程 广泛应用于半导体 集成电路 太阳能光伏电池 YAG 蓝宝石 LED光电 高铁 发动机涡轮叶片 晶体生长熔炉设计等领域 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG 产品线 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 模拟提拉生长工艺 直拉法 Czochralski法 Cz法 柴氏法 适用于半导体单晶Si Ge 太 阳能光伏单晶Si YAG 小尺 寸蓝宝石等晶体提拉生长工艺 过程的2D 3D全局数值模拟 FEMAG CZ软件包括CZ基本模 块与CZ TMF模块 FEMAG CZ软件 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 生长炉全局热场 FEMAG CZ软件的主要功能 生长熔炉全局热场分析 热传导 热对流 热辐射 加热器功率预测 炉室气流速度场计算 熔体速度场分析 浮力流动 Buoyancy流 克里奥利力和惯性力驱动 外加磁场 TMF 驱动磁流体 炉室气流驱动熔体流动 炉 室 内 气 流 速 度 场 熔 体 对 流 速 度 场 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG CZ软件的主要功能 各向异性热应力计算 软件支持对提拉单晶 热应力进行评估计算 过程中可以考虑不同 晶向对结果的影响 生长方位的热应力生长方位的热应力 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG CZ软件的主要功能 预测控制氧 碳 硼等含量 考虑磁场影响的CZ过程准静 态仿真结果 工艺参数 磁感应强度 0 3 T 提拉速率 0 3 mm min 坩埚半径 0 032 m 晶体半径 0 016 m 晶体旋转速率 0 rpm 坩埚旋转速率 0 rpm 熔体内氧浓度分布情况 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 全局动态模型预测每个阶段的缺陷浓度 Ci Cv 分布 FEMAG CZ软件的主要功能 与时间相关的动态模拟与缺陷和空位浓度控制 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 直径300mm硅晶在0 5T TMF下的速度场 流线分布 上图 速度分布 流线 下图 熔体 晶体界面处的速度 场与横截面上的速度曲线 界面处有显著的Hartmann层 全局温度场分布 熔体速度场分布 FEMAG CZ软件TMF模块 考虑磁场效应的3D模型 专 门 的 FLET 技 术 Fourier LimitedExpansionTechnique 基于2D网格处理3D问题 专门用以处理高度非线性的磁 流体 MHD 问题 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG CZ OX软件 主要用于Kyropoulos 泡生法生长工艺 的模拟 有效模拟分析LED光 电技术 高能物理 医学成像等领域中常 用的氟化物 卤化物 氧 化物闪烁性晶体与大 尺寸蓝宝石晶体的生 长过程 泡生法生长蓝宝石温度与速度场分布 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 半导体与太阳能光伏用单 晶硅Cz法生长工艺模拟 硅原材料在生长炉内加热 熔融 利用Cz法制备单晶硅锭 利用利用FEMAG CZ软件对整软件对整 个生长过程进行热场分析 个生长过程进行热场分析 工艺参数工艺参数优化 以优化 以提高单提高单 晶硅的质量与研发效率 晶硅的质量与研发效率 降低研发的周期与降低研发的周期与成本成本 切割出单晶硅片 半导体单晶硅片生产制备过程 FEMAG CZ软件的典型应用 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG FZ软件 模拟区熔法生长工艺过程 FEMAG独有的专门用于区 熔法 FZ 的模拟工具 可模拟大功率器件 电力 汽车 高铁等设备上用的 超纯硅晶区熔生长 超纯硅晶FZ法生长全局热场温度分布 左 熔体流动 右上 与磁场分布 右下 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG FZ软件 模拟区熔法生长工艺过程 工艺参数 Rs 5 1 cm Rf 4 7 cm Ws 10 rpm Wf 15 rpm vpul 3 4 mm min 温度场分布 左上 熔体流函数分布 右上 空位浓度分布 左下 热应力分布 右下 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 多晶硅锭 DS过程中3D熔体流动速度和 温度分布以及界面形状预测 DS结晶炉热场 FEMAG DS软件 用于模拟定向凝固过程 专门用于模拟3D定向凝固 Direct Solidification DS 中 整个铸锭晶体生长过程 多应用于太阳能光伏 LED 等领域 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG DS软件 用于模拟定向凝固过程 专门的FLET技术 基于 2D网格处理3D问题 定义与时间相关的函数以 表征复杂的工艺条件 模拟过程中温度场 速度 场流线分布 评估氧 碳浓度在晶体中和 熔体中的分布 熔体和晶体中氧浓度分布 温度场 分布 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG DS软件 用于模拟定向凝固过程 模拟过程中温度场 速度 场流线分布 评估氧 碳浓度在晶体中和 熔体中的分布 速度场分布 未考虑Marangoni对流考虑Marangoni对流 未考虑Marangoni对流 温度场分布 考虑Marangoni对流 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 用于模拟VB VGF工艺过程 垂直布里兹曼法 Vertical Bridgman 垂直梯度凝固法 Vertical Gradient Freeze 多用于GaAs CdTe等晶体生长过程 GaAs单晶实物 GaAs VB法生长过程模拟 FEMAG VB软件 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 用于模拟HEM工艺过程 热交换法 Heat Exchange Method 多用于蓝宝石 白宝石等晶体生长过 程 不同阶段温度分布图以及熔体速度场分布图 HEM熔炉全局温度分布 FEMAG HEM软件 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 用于模拟物理气相传输工艺 Physical Vapor Transport PVT 可模拟SiC单晶 AlN ZnO多晶的 PVT晶体生长工艺过程 SiC晶片实物 SiC沉积腔内温度梯度 FEMAG PVT软件 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 蓝宝石其特殊的光学性质 工业界有广泛的使用 透射率随波长变化的关系 熔点附近光学参数的改变 K吸收系数 n折射率 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 针对晶体生长过 程高效定制的几 何建模工具 自动组合晶体和 炉体 坩埚 几 何模型 专用的FLET技术 基于2D模型处理 3D问题 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 两相界面处采用 定制的边界层网 格来计算 提高数值模型精 度和求解收敛性 固液界面边界层 气液界面边界层 热边界层 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 准稳态和瞬态全 局热场计算 综合考虑热传导 热对流和热辐射 的影响 可以考虑炉室气 体影响 支持基于预定义 固液界面形状 反推加热器功率 和提拉速率参数 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 熔体对流可以考 虑多种效应的影 响 外部作用力 浮力流或密度流 表面张力效应 外部气体流动 外部电磁力 大量体积力项的 引入对收敛性提 出了很大的挑战 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 典型应用案例 大尺寸蓝宝石晶体泡生法 Kyropoulos 生长工艺的模拟 支持热应力评估 过程中可以考虑 晶向的影响 支持点缺陷和空 位浓度的计算 支持氧 碳 硼溶 质浓度分析 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation 仿 真 智 领 创 新 Simulating inspires innovation FEMAG公司简