1 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司, 宁夏半导体级硅晶圆材料工程技术研究中心, 银川 750021
2 厦门大学材料学院, 厦门市电子陶瓷材料与元器件重点实验室, 厦门 361005
3 宁夏职业技术学院, 银川 750021
4 厦门大学深圳研究院, 深圳 518063
利用ANSYS有限元软件分析了横向磁场下不同坩埚转速对200 mm半导体级直拉单晶硅的流场及氧浓度的影响。研究结果表明: 在横向磁场下, 硅熔体的流场和氧浓度分布呈三维非对称性, 熔体对流形式主要包括泰勒-普劳德曼漩涡、浮力-热毛细漩涡及次漩涡, 其中前两者有助于氧挥发, 而次漩涡则起到抑制作用。当坩埚转速较低(0.5~1.0 r/min)时, 较弱的熔体对流强度导致坩埚壁与固液界面间的热传导效率低, 氧主要以扩散机制迁移至固液界面, 熔硅中氧浓度高; 当坩埚转速较高(2~2.5 r/min)时, 氧通过强对流形式迁移至固液界面。随着坩埚转速增加, 次漩涡和浮力-热毛细漩涡的作用强度提高, 浮力-热毛细漩涡影响区域远离自由表面, 使硅熔体中的氧浓度呈先下降后上升的趋势。数值模拟结果与实验结果均表明, 在横向磁场条件下优选1.5 r/min的坩埚转速可获得平均氧浓度较低的单晶硅。上述分析结果可以为横向磁场下半导体级单晶硅拉晶参数优化提供参考依据。
ANSYS有限元分析 200 mm半导体级单晶硅 直拉法 坩埚转速 流场 氧浓度 ANSYS finite element software 200 mm semiconductor-grade monocrystalline silicon Czochralski method crucible rotation rate flow field oxygen concentration
1 郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
2 郑州大学物理(微电子)学院，郑州 450001
3 麦斯克电子材料股份有限公司，洛阳 471000
针对目测法无法及时发现直拉单晶硅在等径生长阶段发生的掉苞问题，本文提出一种基于ISOMAP-DE-SVM的掉苞预测模型，可以在掉苞现象发生之前发出警告。首先剔除方差较小的参数，采用斯皮尔曼相关系数法剔除冗余参数，采用最大互信息法检验剩余参数的非线性相关性；然后将关键参数的均值和标准差作为等度量映射和多维放缩的输入，得到两份样本数据；最后将这两份样本数据分别输入到经过差分算法、遗传算法优化的支持向量机预测模型,得到4份预测结果。预测结果表明：基于ISOMAP-DE-SVM的预测模型具有收敛速度快、准确度高的特点，平均预测准确率可以达到96%；同时，所使用的方法揭示了单晶硅等径阶段的数据具有非线性特点。通过实际应用验证表明模型具有一定的工程实用价值。
直拉法 单晶硅 等径生长 支持向量机 等度量映射 掉苞 预测 Czochralski method single crystal silicon equal-diameter growth support vector machine isometric mapping broken edge prediction
1 青海大学机械工程学院，西宁810016
2 阳光能源(青海)有限公司，西宁810007
直拉法在制备硅单晶的过程中存在机理假设多、多场耦合下边界条件不明确和化学变化交错且相互影响等问题，导致无法建立准确的机理模型用于硅单晶生长过程控制。针对此问题，本文以单晶炉拉晶车间的大量晶体生长数据为基础，基于互信息理论提出的最大信息系数(MIC)算法，对与晶体直径相关的特征参数进行分析，然后基于带外源输入的非线性自回归(NARX)动态神经网络，建立多输入单输出的等径阶段晶体直径预测模型，并对三台单晶炉拉晶数据进行直径预测，预测的平均均方误差值为0.000 774。最后将NARX动态神经网络同反向传播(BP)神经网络进行对比分析，验证了该模型的优越性。结果表明，NARX动态神经网络为晶体直径的控制提供了一种更准确的辨识模型。
硅单晶 直径辨识 非线性自回归 BP神经网络 直拉法 数据驱动 silicon single crystal diameter identification nonlinear autoregression BP neural network Czochralski method datadriven
1 昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明 650093
2 云南省硅工业工程研究中心，昆明 650093
随着我国光伏行业的快速发展，直拉（CZ）法制备的单晶硅朝着大尺寸、高品质、低成本的方向发展，然而随着单晶硅尺寸越来越大，其内部氧杂质含量偏高的问题也越来越突出。本文在介绍CZ法制备单晶硅过程中氧杂质传输机理的基础上，归纳总结了单晶硅生产过程的控氧技术现状，分析了热场结构优化、工艺优化、掺杂元素、氩气流场优化以及新型CZ技术对单晶硅氧杂质含量的影响规律，并对控氧技术的发展方向提出了展望。
直拉法 单晶硅 控氧技术 热场结构 工艺参数 连续直拉法 Czochralski method single-crystal silicon oxygen control technology thermal field structure process parameter continuous Czochralski method
1 中国科学院半导体研究所,低维半导体材料与器件北京市重点实验室,中国科学院半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 如皋市化合物半导体产业研究所,如皋 226500
4 江苏秦烯新材料有限公司,如皋 226500
5 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
6 中国科学院半导体研究所,超晶格与微结构国家重点实验室,北京 100083
采用液封直拉(LEC)法批量生长的直径2英寸(1英寸=2.54 cm)n型Te-GaSb(100)单晶的位错腐蚀坑密度(EPD)通常低于300 cm-2,达到无位错水平。本文利用X射线摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)对这种GaSb单晶抛光衬底的晶格完整性和亚表面损伤情况进行了分析表征,结果表明经过工艺条件优化的化学机械抛光处理,GaSb单晶衬底表面达到原子级光滑,不存在亚表面损伤层。利用分子束外延在这种衬底上可稳定生长出高质量的Ⅱ类超晶格外延材料并呈现出优异的红外探测性能。在此基础上,对CaSb衬底材料的物性、生长制备和衬底加工条件之间的内在关系进行了综合分析。
衬底 液封直拉法 晶格完整性 位错腐蚀坑密度 倒易空间图 亚表面损伤 化合物半导体 GaSb GaSb substrate liquid encapsulated Czochralski method lattice perfection dislocation etch pit density RSM subsurface damage compound semiconductor
锗因其资源稀缺、优异的光学和物理性能，广泛应用于光纤系统、红外光学系统、电子和太阳能应用、探测器等高科技领域，是战略性产业所需的重要功能材料和结构材料。简单介绍了目前国内锗单晶生长的两种主要方法：直拉法(Czochralski，CZ)和垂直梯度凝固法(vertical gradient freeze， VGF)。对国内和国外知名锗材料生产企业的锗单晶生长方法、直径、电阻率等相关技术参数，进行了统计和比较。针对不同的单晶材料性能，分析了红外光学用锗单晶、太阳能电池用锗单晶和高纯锗单晶的应用领域和发展现状。
锗 锗单晶 直拉法 垂直梯度凝固法 germanium, germanium single crystal, Czochralski m
1 浙江晶盛机电股份有限公司，绍兴 312300
2 内蒙古中环领先半导体材料有限公司，呼和浩特 010070
作为集成电路制备的衬底材料，对硅单晶的均匀性以及微缺陷的尺寸、密度要求极高。传统直拉法生长硅单晶过程中，通过拉速变化控制晶体直径，因此拉速始终处于波动状态。恒定拉速对晶体均匀性及缺陷密度、尺寸的影响研究较少。本研究实现了在35±0.7 mm/h的拉速范围内生长出直径300 mm硅单晶，对晶体片间和片内电阻率分布以及FPD缺陷分布进行了检测，结果显示，在更小拉速波动阶段，晶体的电阻率均匀性得到改善，FPD缺陷密度降低。
硅单晶 直拉法 提拉速度 silicon single crystal Czochralski method growth rate
中国电子科技集团公司第十一研究所,北京 100015
制备高质量锑化铟(InSb)单晶是发展大规模红外焦平面器件以及新型高温红外探测器衬底材料的关键。而在用直拉法生长InSb的过程中,表面杂质的出现会严重影响成品率。利用X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)技术研究了生产中InSb晶体表面杂质膜层的成分,分析了其主要来源及造成的影响,并采取相应工艺措施进行了改进。结果表明,InSb晶体表面杂质膜层的主要成分为In2O3、Sb2O3和Sb2O5三者的混合物以及碳沾污,其厚度不超过40 nm。通过对单晶炉处理和保护气氛的工艺优化,表面杂质大大减少,为获得高质量晶体奠定了基础。
直拉法 锑化铟 杂质 成分 Czochralski method InSb impurity composition
