Стигельиспользуется в качестве контейнера, и внутри возникает конвекция, поскольку по мере увеличения размера образующегося монокристалла становится все труднее контролировать тепловую конвекцию и однородность температурного градиента. Добавляя магнитное поле, заставляющее проводящий расплав воздействовать на силу Лоренца, можно замедлить или даже устранить конвекцию и получить высококачественный монокристаллический кремний.
По типу магнитного поля его можно разделить на горизонтальное магнитное поле, вертикальное магнитное поле и магнитное поле CUSP:
Вертикальное магнитное поле не может устранить основную конвекцию по конструктивным причинам и используется редко.
Направление компонента магнитного поля горизонтального магнитного поля перпендикулярно основной тепловой конвекции и частичной принудительной конвекции стенки тигля, что может эффективно подавлять движение, поддерживать плоскостность границы раздела роста и уменьшать полосы роста.
Магнитное поле CUSP имеет более равномерный поток и теплообмен расплава благодаря своей симметрии, поэтому исследования вертикального магнитного поля и магнитного поля CUSP идут рука об руку.
В Китае Сианьский технологический университет ранее провел эксперименты по производству и вытягиванию кристаллов монокристаллов кремния с использованием магнитных полей. Ее основной продукцией являются популярные типы размером 6–8 дюймов, предназначенные для рынка кремниевых пластин для солнечных фотоэлектрических элементов. В зарубежных странах, таких как KAYEX в США и CGS в Германии, их основная продукция имеет размеры 8–16 дюймов, которые подходят для монокристаллических кремниевых стержней на уровне сверхбольших интегральных схем и полупроводников. Они обладают монополией в области магнитных полей для выращивания высококачественных монокристаллов большого диаметра и являются наиболее представительными.
Распределение магнитного поля в области тигля системы выращивания монокристаллов является наиболее важной частью магнита, включая силу и однородность магнитного поля на краю тигля, в центре тигля и соответствующие расстояние ниже поверхности жидкости. Общее горизонтальное и однородное поперечное магнитное поле, магнитные силовые линии перпендикулярны оси роста кристалла. Согласно магнитному эффекту и закону Ампера, катушка находится ближе всего к краю тигля и напряженность поля наибольшая. По мере увеличения расстояния магнитное сопротивление воздуха увеличивается, напряженность поля постепенно уменьшается и в центре она наименьшая.
Роль сверхпроводящего магнитного поля
Подавление тепловой конвекции: в отсутствие внешнего магнитного поля расплавленный кремний во время нагрева будет создавать естественную конвекцию, что может привести к неравномерному распределению примесей и образованию кристаллических дефектов. Внешнее магнитное поле способно подавить эту конвекцию, сделав распределение температуры внутри расплава более равномерным и уменьшив неравномерность распределения примесей.
Контроль скорости роста кристаллов. Магнитное поле может влиять на скорость и направление роста кристаллов. Точно контролируя силу и распределение магнитного поля, можно оптимизировать процесс роста кристаллов и улучшить целостность и однородность кристалла. При выращивании монокристалла кремния кислород поступает в расплав кремния преимущественно за счет относительного движения расплава и тигля. Магнитное поле снижает вероятность контакта кислорода с расплавом кремния за счет уменьшения конвекции расплава, тем самым уменьшая растворение кислорода. В некоторых случаях внешнее магнитное поле может изменить термодинамические условия расплава, например, путем изменения поверхностного натяжения расплава, что может способствовать улетучиванию кислорода, тем самым снижая содержание кислорода в расплаве.
Уменьшите растворение кислорода и других примесей: Кислород является одной из распространенных примесей при росте кристаллов кремния, что приводит к ухудшению качества кристаллов. Магнитное поле позволяет снизить содержание кислорода в расплаве, тем самым уменьшая растворение кислорода в кристалле и повышая чистоту кристалла.
Улучшите внутреннюю структуру кристалла: магнитное поле может повлиять на дефектную структуру внутри кристалла, например дислокации и границы зерен. Уменьшая количество этих дефектов и влияя на их распределение, можно улучшить общее качество кристалла.
Улучшение электрических свойств кристаллов. Поскольку магнитные поля оказывают значительное влияние на микроструктуру во время роста кристаллов, они могут улучшить электрические свойства кристаллов, такие как удельное сопротивление и время жизни носителей, которые имеют решающее значение для производства высокопроизводительных полупроводниковых устройств.
Приглашаем всех клиентов со всего мира посетить нас для дальнейшего обсуждения!
https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/
Время публикации: 24 июля 2024 г.