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文档简介
1、单晶直拉工艺生长界面的工艺优化【摘 要】通过使用str软件模拟得到的生长界面的形状来指导工艺。并仔细分析了微缺陷的形成,指出微缺陷乃是点缺陷因为浓度随着温度降低,处于过饱和状态而析出、聚结所形成。提出了解决各种缺陷的方法和手段。对工艺的指导有深刻的借鉴意义。并使用实验数据证明了设计的可行性。总之,我们通过有效的更改和设计,有效控制了旋转性杂质条纹和旋转性表面条纹。得到晶体的生长状态和品质的差异,最终选出最优工艺。【关键词】固液界面;cop;拉速1.定义1.1生长界面生长界面形状(固液界面):固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响,正常情况下,固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相
2、吻合。在引晶、放肩阶段,固液界面凸向熔体,单晶等径生长后,界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度,晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状 晶体生长界面的控制:生长界面的形状对单晶的内在质量参数有着极为重要的影响。生长界面形状受界面处热输运情况,坩埚中熔体温度,拉速,晶体和坩埚转速,晶体直径和长度以及坩埚裸露出的面积等众多因素影响。在正常情况下,缩颈和放肩时生长界面是凸向熔体的,等径生长时生长界面是逐渐由凸变平,进而控制成微凹状。保持这种生长界面不仅有利于单晶生长,还可以避免生长界面处受熔体流的冲刷而引起的回熔,有利于降低单晶中微缺陷密度。另外,对生长晶向的单晶时,还可以避免小平面效应的
3、影响,可提高杂质在晶体中分布均匀分布。1.2 v/g的含义单晶生长时固液界面上cop或间隙原子浓度取决于v/gs值,其中v是拉晶速度,g是固液界面上的轴向温度梯度。当v/g某一临界值ccrit(一般我们定义ccrit=0.002)时,主导点缺陷是尺寸小(0.05-0.1m)、密度高的cop(cop型)。而当v/gccrit,但在外侧位置v/g可见,当z为常数时,有:(常数)(1-hr2/2ra):当h为正值时,即环境气氛冷却晶体,晶体中的温度 随r增大而降低(在同一水平面上),即晶体中的等温面凹向熔体。反之,h0,则r, /z,反之, h0,则r,/z。(2)由方程4,有/r-(常数)r,即在
4、同一水平面上,/r 随r线性地变化。(3)同样由方程3和5可知,在同一等温面上,轴向温度梯度/z 恒为常数,径向温度梯度/r不仅是r的函数而且与h有关,因此等温面的分布主要是决定于/r 。上述分析在推导过程中虽然作了很多近似,但是通过与实验对比,关于温场的表达式基本上是正确的。这些理论分析结果广泛应用于解释晶体的开裂、热应力的形成以及位错的分布。2.实验仿真分析2.1拉速实验单晶炉模拟的工艺基础:装料120kg,拉速0.8mm/min,氩气流量40l/min,压力20tor,液面距30mm。在此情况下,我们得出在400mm,800mm,1200mm的生长界面将随着晶体生长长度的增加,其生长界面也随之由凸向凹逐渐转变。但假如我们提高拉速为1.0mm/min,则生长界面可以一直保持较为平坦生长界面生长,不会出现明显的凹凸变化。3.结论通过以上对比,我们可以得出,只改变拉速的条件下,拉速越高,界面越平稳。因此,适当提高拉速有利于晶体电阻率的均匀性。【参考文献】1张克丛,张乐滤.晶体生长.北京:科学出版社,1981.2李占国,毛桂盛.硅单晶生长工艺学伽.北京:中国有色金属工业
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