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FEMAG軟件助力日本九州大學深入開展晶體生長數(shù)值模擬研究
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在提拉法（Czochralski，Cz）生長過程中，熱場、熔體-晶體界面形狀、坩堝中的熔體流動對微缺陷的形成以及晶體的質量有著顯著的影響。數(shù)值模擬技術，是改善晶體質量、控制工藝參數(shù)以及優(yōu)化Cz生長系統(tǒng)的有效途徑。 因在Cz熔爐內存在顯著的對流、傳導與輻射傳熱，且各組成元件間相互影響，Cz生長系統(tǒng)具有高度非線性與強耦合性。另外，由于坩堝中存在熔體流動，爐內的熱場呈3D分布（當Reynolds數(shù)很大或有外加橫向磁場作用時，3D特性更為突出），因此，有必要采用3D全局模型分析Cz生長工藝，以更接近實際。但是，完全的3D全局模型，特別是輻射傳熱計算，計算所需的內存以及計算時間非常大。 為了解決上述問題，日本九州大學（Kyushu University）應用力學研究所Koichi Kakimoto教授等人開展了提拉法生長單晶硅的全局數(shù)值模擬研究，取得了頗有成效的科研成果。他們提出了模擬Cz生長單晶硅的3D全局傳熱計算新模型。利用多區(qū)域結構化網格對空間進行離散化，然后求解生長熔爐中的傳熱。采用2D全局模型獲得更精確的3D全局建模的初始場量以及未知的參數(shù)（加熱功率、熔體-晶體界面形狀等），有效提高了全局迭代的速度。開發(fā)了2D/3D混合離散技術（熔爐中坩堝-熔體-晶體生長重要區(qū)域采用3D離散，其他區(qū)域采用2D離散）。該混合算法既保證了模擬計算的精度，又有效減少了計算的開銷成本。他們還利用上述混合模型全局分析了橫向磁場對單晶硅Cz生長的影響。模擬結果表明，合理的橫向磁場可以有效控制單晶硅Cz生長中的全局熱場分布、熔體-晶體界面形狀以及坩堝中的熔體對流，從而改善晶體生長的質量。 圖a)為Cz生長熔爐簡圖（3D區(qū)域用陰影表示，沒有陰影的為2D區(qū)域）； 圖b)為橫向磁場作用下，Cz生長過程中的3D熔體流動分布。 九州大學應用力學研究所還引進FEMAG/FZ軟件對超純單晶硅的區(qū)熔法生長開展深入的科學研究。 Koichi Kakimoto教授畢業(yè)于東京大學，先后在日本電氣（NEC）、東北大學和九州大學任職，現(xiàn)為九州大學教授、九州大學應用力學研究所副所長、日本晶體生長學會副會長、晶體生長國際組織（IOCG）執(zhí)委和秘書長、國際晶體學學會委員。K. Kakimoto教授是晶體生長領域國際知名學者、太陽能光伏行業(yè)知名專家，曾在比利時魯汶大學任客座研究員，一直與FEMAG公司的創(chuàng)始人和首席科學家François Dupret教授有著密切地合作交流。 2(31).jpg |
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