微重力下坩埚内熔体的对流分析.pdf

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1、464西安理工大学学报JournalofXi’anUniversityofTechnology(2012)Vo1．28No．4文章编号：1006-4710(2012)04-0464-05微重力下坩埚内熔体的对流分析安涛，高勇，李杨，张创(西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安710048)摘要：以18英寸坩埚(6英寸单晶炉)为研究对象，利用有限元分析法，选用RNGk-e湍流模型，对不同液面高度下坩埚内熔体的自然对流进行二维模拟分析；在熔体空间内引入横向磁场(微重力环境下)模拟分析其对熔体对流的影响，同时对引入的横向磁场强度进行优化。结果表明，随着液面高度的下降，熔体对流逐渐变

2、弱，液面高度从230mm下降到140mm时，平均流速下降了近3／4；引入横向磁场后熔体对流能够得到有效地抑制，当磁感应强度在0．4T到0．8T之间时，磁场对熔体的对流抑制作用最为明显。关键词：单晶炉；横向磁场；湍流模型；自然对流中图分类号：TM11文献标志码：AAnalysisofMicrogravityonSiliconMeltConvectionANTao，GAOYong，LIrang，ZHANGChuang(FacultyofAutomationandInformationEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’al710048

3、，China)Abstract：Taking18inchescrucible(6inchesmono—crystalfurnace)astheresearchobject，basingonthefiniteelementanalysismethod．usingRNG一eturbulencemode1．theauthorssimulateandanalysistwo—dimensionalnaturalconvectionofthesiliconmeltindifferentliquidsurfaceheight，theeffectoftransversemagneticfield

4、onnaturalconvection，andoptimizemagneticfield．Theresultsshowthatwiththeliquidsurfaceheightdeclining，siliconmeltconvectionsituationgraduallybecomesweak，theaverageflowvelocitydecreasebynearlythreequarterswhenliquidsurfaceheightdropsfrom230mmto140mmdown；transversemagneticfieldcaneffectivelyrestra

5、insiliconmeltconvection，theconvectioncanbeob—viouslyinhibitedwhenthemagneticinductioncontrolin0．4Tto0．8T；basingonthepremisethattheconvectioninsiliconmeltfullyinhibit，thechangingruleofthemagneticfieldstrengthindifferentliquidsurfaceheightcanbeknown．Keywords：mono—crystalfurnace；transversemagnet

6、icfield；turbulencemodel；naturalconvection随着半导体行业的快速发展，硅单晶向着大直力环境以抑制对流，提高单晶质量。径、高均匀性、高完整性和高纯度的方向不断发本研究以18英寸坩埚为研究对象，采用有限元展。直拉法生长半导体晶体是目前获得高质量大分析法，对坩埚内熔体的流场及其影响因素进行模直径晶体最常用的工业化方法J。由于熔体温度梯拟分析，同时对引入磁场(等效太空微重力环境下)度和重力引起的自然对流、坩埚．晶体旋转引起的强的熔体对流进行模拟分析，最终得到地表生长晶体迫对流和由表面张力引起的对流对熔体的作用会导的过程中磁场强度随液面高度的变化参数。

7、致缺陷、杂质分布不均匀等情况出现从而影响硅单晶1模型及相关条件选取的质量，因此，抑制熔体对流是提高晶体质量的重要途径。目前，在地面生长晶体的过程中可以给熔体引1．1控制方程入磁场，利用熔体流动在磁场所产生洛伦磁力增加熔依据流体基本理论可知，流体流动同样遵循着体的粘滞系数以减小重力加速度，模拟等效太空微重自然界中一些普遍的规律。如质量守恒、动量守恒、收稿日期：2012-04—22基金项目：陕西省教育厅专项科研计划基金资助项目(08JK374)。作者简介：安涛(1964一)，男，陕西