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在直拉法生长硅单晶的过程中,坩埚内的硅熔体对流会不断的冲刷坩锅壁,将杂质带入熔体,并随对流进入硅单晶内,同时,对流还会影响坩埚内的温度分布,这些都会严重影响到生长的晶体质量。随着大直径、高均匀、高完整和高纯度硅单晶不断发展,硅熔体的对流问题变得越来越严重,甚至导致硅单晶无法正常生长。 传统的直拉硅单晶工艺为在炉内引入磁场,从而抑制硅熔体的对流,而本课题利用ansys软件针对加热电流的感生磁场对硅熔体对流的影响展开以下方面的研究: 1.硅熔体的流场和热场关系密切,由热场导致坩埚内硅熔体的流动,又因为硅熔体的流动,反过来直接影响硅熔体内的温度分布。 2.随着生长过程的进行,熔体液面越来越低,熔体内的对流也越来越弱,熔体内的热量传输由以对流为主的方式变为以热传导为主。 3.高频的加热电流能在坩埚处产生感生磁场,频率为1KHz的加热电流既可产生至少0.1T的磁场强度。 4.加热电流的感生磁场能够影响熔体对流,并且在频率增大时,坩埚侧壁处的流速已经明显减小,且流动范围也在缩小。而自由表面的流速随频率增大而增大,其流动范围扩大。但是自由表面处的总体流速始终是低于坩埚侧壁处的流速。 5.当加热电流频率超过4KHz时已经不能兼顾界面平坦程度。