半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料, 其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布, 但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析, 研究了热屏结构对200 mm半导体级直拉单晶硅氧含量分布的影响。针对一段式、二段式两种典型的商用单晶炉热屏结构, 模拟了拉晶初期(300 mm)、中期(800 mm)、末期(1 000 mm)三个等径阶段的温度场、流场分布, 固液界面温度梯度及径向氧含量分布。计算结果表明, 与二段式热屏相比, 一段式热屏的熔体温度场均一性较好, 固液界面的温度梯度较小。此外, 一段式热屏的氩气流场有利于熔体自由表面上方SiO气体挥发和减弱熔体的剪切对流, 使固液界面前端向晶体扩散的氧减少。因此, 一段式热屏的固液界面径向氧含量分布均匀性较好且晶体中的氧含量较低。

光伏发电以绿色、可再生、能源质量高和不受资源分布地域的限制等优点被广泛使用, 单晶硅又以低衰减率和高转换效率等优点渐渐超过了多晶硅光伏电池在市场中的份额,但成本问题和产能问题一直束缚着单晶硅太阳能产业的发展。本文提出了一种在晶体生长过程中随硅液面下降而下降的直拉单晶炉热屏结构, 来解决在拉晶过程中坩埚上升所造成的拉晶速度和稳定性降低以及拉晶能耗增加的问题, 并以CL120-97单晶炉热场为研究对象, 利用有限元仿真对单晶炉优化前后晶体和熔体的热场以及氩气流场进行分析。分析仿真结果表明,优化后单晶炉不仅可以提高单晶炉拉晶的速度和质量, 而且还能有效降低单晶炉拉晶的能耗。

为降低回旋行波管阴极的加热功率，采用支持筒切缝和支持筒外加热屏的阴极结构，运用ANSYS有限元软件对该结构的切缝数目和切缝深度进行优化计算，并分析切缝和加热屏对阴极发射带温度分布的影响；给出了阴极发射带温度和切缝数目、切缝深度的关系。在发射带同等温度条件下，对比优化结构和原结构的加热功率。结果表明，改进后的结构使得加热功率下降了约40%, 大大降低了阴极的加热功率，为高性能回旋行波管热阴极的研制提供了一定的参考。