悬浮区熔法生长大直径单晶硅的数值模拟及其热场分析

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近年来,以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其高速发展的相关高技术产业,成为当代信息技术产业的支柱,并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业。随着信息产业的迅猛发展,对单晶硅提出更高的要求,要求单晶硅朝着大直径化、高纯度、高均匀性和高完整性方向发展。目前,生长单晶硅的方法主要有直拉法和区熔法两种,直拉法生长出的单晶硅的纯度和电阻率有时不能满足信息产业日益提高的要求,而区熔法生长出的单晶硅有更高的纯度和电阻率,因此,对区熔单晶硅的需求量大幅度增加。然而,随着制备区熔单晶硅直径的不断增大,单晶硅制备的难度也加大,使得实验费用也越来越高,而且一些数据很难通过直接测量获得,因此用数值模拟的方法来分析区熔单晶硅生长过程备受关注。目前国内大直径区熔单晶硅大部分还是靠国外的生产技术生长出来的,尽快研制出能够生长大直径区熔单晶硅的生产技术成为我国信息技术产业快速发展的首要任务。  本文将用有限元分析的方法对区熔单晶硅生长过程中感应加热的电磁场和热场进行仿真模拟,以期找到区熔单晶硅生长的合适参数设置。  本论文第一章论述了单晶硅材料国内外相关研究进展以及数值模拟研究概况,并介绍了单晶硅的生长方法和本论文的主要工作;第二章,介绍了导热的基本理论以及有限元分析导热的原理,为后续对区熔硅单晶生长过程进行热分析打下基础;第三章,从导热基本理论和有限元分析方法出发,结合区熔单晶硅生长的实际物理模型,建立相应的数学模型,并用APDL语言建立有限元模型;第四章,用ANSYS13.0有限元分析软件对悬浮区熔法生长单晶硅过程中的电磁感应加热进行模拟计算并加以分析,在此基础上,用FLUENT软件分析了悬浮区熔法生长单晶硅过程中固/液相界面的形状变化;第五章,对本论文所研究的内容加以总结并对后续研究进行展望。
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