物性参数对硅单晶CZ法生长过程影响的全局数值分析

作     者：余长军 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李友荣

授予年度：2005年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：计算机模拟 流动 传热传质 直拉法 半导体硅 热物性参数 

摘      要：Czochralski(CZ)方法是从熔体中生长单晶的重要方法之一。在单晶硅的生长过程中,单晶的质量主要取决于熔体的流动状态。为了了解单晶硅生长过程中热物性参数对CZ 炉中传输现象的影响,利用有限单元法对CZ 炉(炉子直径7.2cm,晶体直径3.5cm,保护气体压力1333Pa)内的动量、热量和质量传递进行了全局数值模拟。假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流,熔体为不可压缩牛顿流体。温度分布、气体和熔体速度场等采用Newton-Raphson 方法通过联立求解一组非线性代数方程组得到,由计算得到的温度和速度值计算氧浓度分布。 计算结果表明:不同的物性参数变化对CZ 炉内流动、传热及传质具有不同的影响。熔体的表面张力系数、导热系数以及发射率对熔体流动、加热器功率、结晶界面形状、界面温度梯度和氧的传输有重要影响,熔体的密度和粘度系数及熔解热对硅单晶CZ 法生长过程影响较小。 熔体导热系数的增加强化了从坩埚壁到晶体的传热,使加热器功率和温差减小,结晶界面温度梯度增加,晶体-熔体界面更加平坦;熔体表面张力温度系数绝对值增加强化自由界面热毛细对流,被强化的对流增强了从坩埚壁到晶体的对流换热,加热器功率减小,晶体-熔体界面随着表面张力温度系数增加而更凸向熔体;熔解热的增加使得加热器功率降低,但是对熔体的流动及氧的传输影响不明显。