Desdecrisolse utiliza como contenedor y hay convección en su interior, a medida que aumenta el tamaño del monocristal generado, la convección de calor y la uniformidad del gradiente de temperatura se vuelven más difíciles de controlar. Al agregar un campo magnético para hacer que la masa fundida conductora actúe sobre la fuerza de Lorentz, la convección se puede ralentizar o incluso eliminar para producir silicio monocristalino de alta calidad.
Según el tipo de campo magnético, se puede dividir en campo magnético horizontal, campo magnético vertical y campo magnético CUSP:
El campo magnético vertical no puede eliminar la convección principal por razones estructurales y rara vez se utiliza.
La dirección del componente del campo magnético horizontal es perpendicular a la convección de calor principal y a la convección forzada parcial de la pared del crisol, lo que puede inhibir eficazmente el movimiento, mantener la planitud de la interfaz de crecimiento y reducir las franjas de crecimiento.
El campo magnético CUSP tiene un flujo y una transferencia de calor más uniformes de la masa fundida debido a su simetría, por lo que la investigación sobre los campos magnéticos verticales y CUSP ha ido de la mano.
En China, la Universidad Tecnológica de Xi'an ha realizado anteriormente experimentos de producción y extracción de cristales de monocristales de silicio utilizando campos magnéticos. Sus principales productos son los tipos populares de 6 a 8 pulgadas, que están dirigidos al mercado de obleas de silicio para células solares fotovoltaicas. En países extranjeros, como KAYEX en Estados Unidos y CGS en Alemania, sus principales productos son de 8 a 16 pulgadas, que son adecuados para varillas de silicio monocristalino a nivel de semiconductores y circuitos integrados de gran escala. Tienen el monopolio en el campo de los campos magnéticos para el crecimiento de monocristales de gran diámetro y alta calidad y son los más representativos.
La distribución del campo magnético en el área del crisol del sistema de crecimiento monocristalino es la parte más crítica del imán, incluida la fuerza y uniformidad del campo magnético en el borde del crisol, el centro del crisol y el apropiado. distancia debajo de la superficie del líquido. El campo magnético transversal uniforme y horizontal general, las líneas de fuerza magnéticas son perpendiculares al eje de crecimiento del cristal. Según el efecto magnético y la ley de Ampere, la bobina está más cerca del borde del crisol y la intensidad del campo es la mayor. A medida que aumenta la distancia, aumenta la resistencia magnética del aire, la intensidad del campo disminuye gradualmente y es más pequeña en el centro.
El papel del campo magnético superconductor.
Inhibición de la convección térmica: en ausencia de un campo magnético externo, el silicio fundido producirá convección natural durante el calentamiento, lo que puede provocar una distribución desigual de las impurezas y la formación de defectos cristalinos. El campo magnético externo puede suprimir esta convección, haciendo que la distribución de temperatura dentro de la masa fundida sea más uniforme y reduciendo la distribución desigual de impurezas.
Controlar la tasa de crecimiento de los cristales: el campo magnético puede afectar la velocidad y la dirección del crecimiento de los cristales. Al controlar con precisión la fuerza y la distribución del campo magnético, se puede optimizar el proceso de crecimiento del cristal y mejorar la integridad y uniformidad del cristal. Durante el crecimiento del silicio monocristalino, el oxígeno ingresa al silicio fundido principalmente a través del movimiento relativo de la masa fundida y el crisol. El campo magnético reduce la posibilidad de que el oxígeno entre en contacto con el silicio fundido al reducir la convección del fundido, reduciendo así la disolución del oxígeno. En algunos casos, el campo magnético externo puede cambiar las condiciones termodinámicas de la masa fundida, como cambiando la tensión superficial de la masa fundida, lo que puede ayudar a la volatilización del oxígeno, reduciendo así el contenido de oxígeno en la masa fundida.
Reducir la disolución de oxígeno y otras impurezas: el oxígeno es una de las impurezas comunes en el crecimiento de los cristales de silicio, lo que provocará que la calidad del cristal se deteriore. El campo magnético puede reducir el contenido de oxígeno en la masa fundida, reduciendo así la disolución de oxígeno en el cristal y mejorando la pureza del cristal.
Mejorar la estructura interna del cristal: el campo magnético puede afectar la estructura defectuosa dentro del cristal, como dislocaciones y límites de grano. Al reducir el número de estos defectos y afectar su distribución, se puede mejorar la calidad general del cristal.
Mejora de las propiedades eléctricas de los cristales: dado que los campos magnéticos tienen un efecto significativo en la microestructura durante el crecimiento de los cristales, pueden mejorar las propiedades eléctricas de los cristales, como la resistividad y la vida útil del portador, que son cruciales para la fabricación de dispositivos semiconductores de alto rendimiento.
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Hora de publicación: 24 de julio de 2024