Desdecadinhoé usado como recipiente e há convecção em seu interior, à medida que o tamanho do único cristal gerado aumenta, a convecção de calor e a uniformidade do gradiente de temperatura tornam-se mais difíceis de controlar. Ao adicionar um campo magnético para fazer com que o derretimento condutivo atue na força de Lorentz, a convecção pode ser retardada ou mesmo eliminada para produzir silício monocristalino de alta qualidade.
De acordo com o tipo de campo magnético, pode ser dividido em campo magnético horizontal, campo magnético vertical e campo magnético CUSP:
O campo magnético vertical não consegue eliminar a convecção principal devido a razões estruturais e raramente é utilizado.
A direção do componente do campo magnético do campo magnético horizontal é perpendicular à convecção de calor principal e à convecção forçada parcial da parede do cadinho, o que pode efetivamente inibir o movimento, manter o nivelamento da interface de crescimento e reduzir as listras de crescimento.
O campo magnético CUSP possui fluxo e transferência de calor do fundido mais uniformes devido à sua simetria, portanto a pesquisa sobre campos magnéticos verticais e CUSP tem andado de mãos dadas.
Na China, a Universidade de Tecnologia de Xi'an realizou anteriormente experimentos de produção e extração de cristais de monocristais de silício usando campos magnéticos. Seus principais produtos são tipos populares de 6 a 8 polegadas, voltados para o mercado de wafer de silício para células solares fotovoltaicas. Em países estrangeiros, como KAYEX nos Estados Unidos e CGS na Alemanha, seus principais produtos são 8-16in, que são adequados para hastes de silício de cristal único no nível de circuitos integrados e semicondutores de ultragrande escala. Eles detêm o monopólio no campo dos campos magnéticos para o crescimento de monocristais de grande diâmetro e alta qualidade e são os mais representativos.
A distribuição do campo magnético na área do cadinho do sistema de crescimento de cristal único é a parte mais crítica do ímã, incluindo a força e uniformidade do campo magnético na borda do cadinho, no centro do cadinho e no apropriado distância abaixo da superfície do líquido. O campo magnético transversal horizontal e uniforme geral, as linhas magnéticas de força são perpendiculares ao eixo de crescimento do cristal. De acordo com o efeito magnético e a lei de Ampere, a bobina está mais próxima da borda do cadinho e a intensidade do campo é maior. À medida que a distância aumenta, a resistência magnética do ar aumenta, a intensidade do campo diminui gradualmente e é menor no centro.
O papel do campo magnético supercondutor
Inibição da convecção térmica: Na ausência de um campo magnético externo, o silício fundido produzirá convecção natural durante o aquecimento, o que pode levar à distribuição desigual de impurezas e à formação de defeitos cristalinos. O campo magnético externo pode suprimir esta convecção, tornando a distribuição de temperatura no interior do fundido mais uniforme e reduzindo a distribuição desigual de impurezas.
Controlando a taxa de crescimento do cristal: O campo magnético pode afetar a taxa e a direção do crescimento do cristal. Ao controlar com precisão a força e a distribuição do campo magnético, o processo de crescimento do cristal pode ser otimizado e a integridade e uniformidade do cristal podem ser melhoradas. Durante o crescimento do silício monocristalino, o oxigênio entra no fundido de silício principalmente através do movimento relativo do fundido e do cadinho. O campo magnético reduz a chance de o oxigênio entrar em contato com o fundido de silício, reduzindo a convecção do fundido, reduzindo assim a dissolução do oxigênio. Em alguns casos, o campo magnético externo pode alterar as condições termodinâmicas do fundido, tal como alterando a tensão superficial do fundido, o que pode ajudar na volatilização do oxigênio, reduzindo assim o teor de oxigênio no fundido.
Reduza a dissolução de oxigênio e outras impurezas: O oxigênio é uma das impurezas comuns no crescimento de cristais de silício, o que causará a deterioração da qualidade do cristal. O campo magnético pode reduzir o teor de oxigênio no fundido, reduzindo assim a dissolução do oxigênio no cristal e melhorando a pureza do cristal.
Melhorar a estrutura interna do cristal: O campo magnético pode afetar a estrutura do defeito dentro do cristal, como deslocamentos e limites de grão. Ao reduzir o número destes defeitos e afectar a sua distribuição, a qualidade geral do cristal pode ser melhorada.
Melhorar as propriedades elétricas dos cristais: Como os campos magnéticos têm um efeito significativo na microestrutura durante o crescimento do cristal, eles podem melhorar as propriedades elétricas dos cristais, como a resistividade e a vida útil do portador, que são cruciais para a fabricação de dispositivos semicondutores de alto desempenho.
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Horário da postagem: 24 de julho de 2024