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FEMAG超純單晶硅區(qū)熔法數(shù)值模擬解決方案
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1.背景介紹 1.1單晶硅 硅的單晶體，是一種良好的半導(dǎo)體材料。在工業(yè)上單晶硅多用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，主要用于制造半導(dǎo)體芯片、太陽(yáng)能電池等。單晶硅有巨大的市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展空間。其原料來(lái)源豐富，硅元素在地殼中含量達(dá)高達(dá)25.8%，可謂取之不盡。以單晶硅為代表的高科技附加值材料，如今已經(jīng)成為當(dāng)代全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中增長(zhǎng)最快的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)——信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱。且隨著當(dāng)前常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的不斷增加，太陽(yáng)能等新能源正在掀起新一輪能量改革熱潮，國(guó)際上許多國(guó)家已經(jīng)開始制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，將太陽(yáng)能的發(fā)展當(dāng)做重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。一個(gè)大規(guī)模的半導(dǎo)體信息時(shí)代以及太陽(yáng)能等新能源時(shí)代正在拉開序幕，單晶硅產(chǎn)品因此也將成為21 世紀(jì)最受關(guān)注的產(chǎn)品之一。 1.2單晶硅的區(qū)熔法制備 在半導(dǎo)體行業(yè)，單晶硅主要用于半導(dǎo)體制造芯片和電子器件，為了保證其工作的穩(wěn)定性可靠性，工業(yè)上通常要求單晶硅的純度達(dá)到99.9999%，甚至99.9999999%以上普通的單晶硅晶體生長(zhǎng)方法或多或少都會(huì)引入少量雜質(zhì)，但是區(qū)熔法是一種比較特殊的高純度單晶生長(zhǎng)技術(shù)。由于其本身也是一種提純的方法，因此用區(qū)熔法來(lái)制備超純單晶硅非常適合。區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)技術(shù)工業(yè)上被稱為懸浮區(qū)熔法，簡(jiǎn)稱區(qū)熔法（FZ），這種技術(shù)是指在氣氛或真空的爐室中，利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產(chǎn)生熔區(qū)，然后使熔區(qū)向上移動(dòng)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)。由于硅熔體完全依靠其表面張力和高頻電磁力的支托，懸浮于多晶棒與單晶之間，因此不需要坩堝等其他載體，這是區(qū)熔法最顯著的特征之一。 2. 問(wèn)題及需求 2.1 區(qū)熔法制備超純單晶硅的現(xiàn)狀 區(qū)熔法制備的單晶硅純度很高，實(shí)際生產(chǎn)中區(qū)熔法單晶的氧含量比直拉硅單晶的氧含量低2 到3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此很多高質(zhì)量的電子器件，高集成電路，例如光敏二極管、射線探測(cè)器、紅外探測(cè)器等器件的關(guān)鍵部位多采用區(qū)熔法制備的單晶硅來(lái)制造。但是區(qū)熔法也有自身的局限性，首先工藝比較煩瑣，生產(chǎn)效率偏低，而且一般使用純度較高的多晶硅為原料，生產(chǎn)成本較高，此外由于工藝特殊性，較難生產(chǎn)出大直徑的單晶硅棒。因此生產(chǎn)商很希望提高區(qū)熔法的成品率，降低原料消耗和成本。在產(chǎn)品質(zhì)量面，由于區(qū)熔法熔體中存在著受重力而引起的自然對(duì)流，受表面張力驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的對(duì)流，還有旋轉(zhuǎn)引起的強(qiáng)迫對(duì)流等多種對(duì)流作用，使得熔體與晶體界面復(fù)雜，因此很難得到無(wú)層錯(cuò)的晶體。同時(shí)區(qū)熔法工藝涉及到傳質(zhì)傳熱和流動(dòng)耦合的復(fù)雜物理過(guò)程，因此要對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行精確分析和預(yù)測(cè)都有一定難度。 2.2 區(qū)熔法制備超純單晶硅的模擬需求 如前所述，在區(qū)熔法單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中，熔體中存在著受重力作用而引起的自然對(duì)流，受熔體自由表面張力的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的對(duì)流，另外還有旋轉(zhuǎn)引起的強(qiáng)迫對(duì)流等多種對(duì)流作用，熔體的流動(dòng)模式十分復(fù)雜。生長(zhǎng)的單晶硅質(zhì)量受到很多傳質(zhì)、傳熱及對(duì)流因素的影響。例如生長(zhǎng)材料的熱擴(kuò)散率、溶質(zhì)擴(kuò)散率、表面張力、熔點(diǎn)以及熱傳輸系等物理性質(zhì)以及實(shí)際的工藝參數(shù)如單晶半徑、拉晶速度等因素都能影響晶體質(zhì)量。為了獲得高質(zhì)量的單晶硅，同時(shí)也為了優(yōu)化工藝設(shè)備，多數(shù)企業(yè)還有機(jī)構(gòu)都希望借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)手段來(lái)輔助工藝分析。隨著高速計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬方法為解決這一類復(fù)雜物理場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題提供了一種重要手段。利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)超純單晶硅區(qū)熔法技術(shù)所涉及的復(fù)雜物理場(chǎng)進(jìn)行分析和研究，可以快速有效的解決工藝問(wèn)題，提高生產(chǎn)質(zhì)量并優(yōu)化工藝路線。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的分析手段。 3. FEMAG 解決方案 FEMAG/FZ 是FEMAG 公司針對(duì)晶體生長(zhǎng)區(qū)熔法（FZ）而開發(fā)的專用軟件，這是目前世界上最專業(yè)的用于模擬分析區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)工藝過(guò)程的軟件。FEMAG/FZ 可以幫助您全面分析單晶硅區(qū)熔法生產(chǎn)過(guò)程中的熱場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、流場(chǎng)、缺陷、加熱器功率等問(wèn)題，并具有輔助工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能。能夠?yàn)槟蚰钠髽I(yè)提供可靠的工藝仿真數(shù)據(jù)和工藝優(yōu)化方案。 |
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2015-12-21 10:18:22, 3.33 M
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FEMAG 軟件是全球首款商業(yè)的晶體生長(zhǎng)數(shù)值模擬軟件,致力于多物理場(chǎng)仿真分析晶體材料的生長(zhǎng)過(guò)程，為用戶提供晶體生長(zhǎng)輸運(yùn)過(guò)程中的重要信息以及影響晶體質(zhì)量的工藝信息. 中仿科技在上海設(shè)立FEMAG中國(guó)研發(fā)中心，將國(guó)際一流的數(shù)值算法及數(shù)字仿真技術(shù)引入中國(guó)，研發(fā)更適合中國(guó)市場(chǎng)并完全擁有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。 網(wǎng)址:http://femag.CnTech.com.cn |
2樓2015-12-21 10:22:22
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