水平超导磁场直拉法硅单晶熔体过热现象

基于水平超导磁场及特定热场结构,对直拉法硅单晶生长过程中的熔体过热现象进行了数值模拟和实验研究。在数值模拟中发现了熔体对流和温度变化的特殊趋势,随后在实验中发现了相应位置晶体直径突然收缩现象,依此推测拉晶过程中生长界面附近熔体温度及温度梯度的变化是引起晶体直径收缩的直接原因。此外发现改变熔体温度梯度将改变熔体过热现象发生的位置和幅度,模拟中对两种极端的功率条件进行了计算,并在实验中观察到了预期的差别。水平超导磁场对于熔体对流的抑制作用、特定的热场结构和工艺条件,都是引起熔体过热和晶体直径收缩现象发生的原因。

超导水平磁场结构对Φ300 mm直拉硅单晶固液界面影响的三维数值模拟

针对不同超导水平磁场结构的磁力线分布对Φ300 mm直拉硅单晶固液界面影响问题,本文采用一种基于格子Boltzmann方法的耦合热格子模型,解决温度场与速度场耦合建模问题,并对不同结构的超导磁场作用下的晶体生长进行了三维数值模拟。结果表明,采用单磁力线分布的超导磁场结构使得固液界面氧含量降低,但是容易引起熔体内部热分布不均匀;采用双磁力线分布结构能够有效地改善熔体内部沿晶体生长的轴向温度梯度和沿固液界面的径向温度梯度,然而,其对固液界面氧含量抑制作用较小。当晶转、埚转工艺作用时,超导单磁力线水平磁场结构明显优于超导双磁力线水平磁场结构,固液界面形状对称性随磁感应强度的增加而增强。