晶体生长炉

三种晶体生长理论：

一、层生长理论

科赛尔首先提出，后经斯兰特斯基加以发展的晶体的层生长理论亦称为科赛尔-斯兰特斯基理论。这一模型主要讨论的关键问题是：在一个面尚未生长完全前在一界面上找出最佳生长位置。图8-2表示了一个简单立方晶体模型中一界面上的各种位置，各位上成键数目不同，新支点就位后的稳定程度不同。每个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位置是能量上最有利的位置，即结合成键时应该是成键数目最多、释放出能量最大的位置。图8-2所示质点在生长中的晶体表面上所可能有的各种生长位置：k为曲折面，具有三面凹角，是最有利的生长位置；其次是S阶梯面，具有两面凹角的位置；最不利的生长位置是A。由此可以得出如下的结论：警惕在理想情况下生长时，一旦有三面凹角位存在，质点则优先沿着三面凹角位生长一条行列；而当这一行列长满后，就只有二面凹角位了，质点就只能在二面凹角处就位生长，这时又会产生三面凹角位，然后生长相邻的行列；在长满一层面网后，质点就只能在光滑表面上生长，这一过程就相当于在光滑表面上形成一个二维核，来提供三面凹角和二面凹角，再开始生长第二层面网。晶面（最外的面网）是平行向外推移而生长的。这就是晶体生长的层生长

三种晶体生长理论：

一、层生长理论

科赛尔首先提出，后经斯兰特斯基加以发展的晶体的层生长理论亦称为科赛尔-斯兰特斯基理论。这一模型主要讨论的关键问题是：在一个面尚未生长完全前在一界面上找出最佳生长位置。图8-2表示了一个简单立方晶体模型中一界面上的各种位置，各位上成键数目不同，新支点就位后的稳定程度不同。每个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位置是能量上最有利的位置，即结合成键时应该是成键数目最多、释放出能量最大的位置。图8-2所示质点在生长中的晶体表面上所可能有的各种生长位置：k为曲折面，具有三面凹角，是最有利的生长位置；其次是S阶梯面，具有两面凹角的位置；最不利的生长位置是A。由此可以得出如下的结论：警惕在理想情况下生长时，一旦有三面凹角位存在，质点则优先沿着三面凹角位生长一条行列；而当这一行列长满后，就只有二面凹角位了，质点就只能在二面凹角处就位生长，这时又会产生三面凹角位，然后生长相邻的行列；在长满一层面网后，质点就只能在光滑表面上生长，这一过程就相当于在光滑表面上形成一个二维核，来提供三面凹角和二面凹角，再开始生长第二层面网。晶面（最外的面网）是平行向外推移而生长的。这就是晶体生长的层生长

晶体生长软件FEMAG-CZ

之提拉法

Czochralski (CZ) Process（FEMAG-CZ）

FEMAG直拉法模拟软件（FEMAG-CZ）用于模拟直拉法工艺（包括Cz, MCz, VCz,泡生法）。

FEMAG-CZ

直拉法模拟软件用于新的热场设计，并研发新的方法以满足新的商业需求点，比如：

? ? ? ? ? ? ? ? ?

大直径晶锭生长 无缺陷硅晶锭生长 提高成品率 氧含量控制 降低碳含量

晶锭半径和沿轴向的电阻率差异减小 CCZ工艺仿真 磁场设计

蓝宝石生长工艺设计

FEMAG-CZ模拟软件通过降低试验成本而节省了R&D消耗。

大直径晶锭生长

以期不进行大量昂贵的可行性试验生长大尺寸晶体看起来是不太现实的。FEMAG-CZ软件提供这种可能性。

为了生产450 mm及以上的大尺寸无缺陷硅晶体，晶体生长工程师通过使用FEMAG-CZ来定义关键的工艺参数，而无需任何材料和能源的消耗。 FEMAG-CZ能够设计新的热场并研发新的工艺技术，在FEMAG直拉法模拟软件的帮助下，晶体生长工程师能够在一个有效的虚拟环境中优化每一个关键参数，比如旋转速率，提拉速度，气体流速，压强和功率消耗等。FEMAG直拉法模拟还能进一步为晶体生长

FEMAG晶体生长仿真软件介绍(Chinese_Version)

FEMAG-CZ

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YOUR PROCESS

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软件产品

FEMAG晶体生长仿真软件介绍(Chinese_Version)

Company

FEMAGSoft 软件股份公司成立于 2003 年，是比利时鲁汶大学（法语）的衍生企业，致力于开发、销 售和支持晶体生长数值模拟专用软件产品。

原材料

单晶

晶片

产品与服务

FEMAGSoft 擅长所有类型晶体材料生长方面的工艺模拟专业技术 , 例如 : 直拉法 (Czochralski)

定向凝固法 (Directional Solification) 区熔法 (Floating Zone) Bridgman 法

物理气相传输法 (PVT)

FEMAGSoft 致力于通过提供最实用、可靠的服务来优化客户在软件投资方面的回报率：

软件许可与技术支持 合作与咨询

FEMAG晶体生长仿真软件介绍(Chinese_Version)

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应用范围

20 多年来， FEMAGS

晶体生长基础课件

第四章 晶体生长中的输运理论

晶体生长基础课件

晶体生长过程中的输运过程对生长速率起限 制作用，并支配着生长界面的稳定性。只 有了解了输运过程在不同生长阶段所起的 作用，才能使工作做得更有效、更自觉。

晶体生长基础课件

哈密顿算子 = i+ j+ k x y z

Vx V y Vz V = + + x y z→

V = Vx + Vy + Vz z x y→

晶体生长基础课件

本章提纲4.1 输运理论的基本方程组 4.2 混合传输的动力学方程组 4.3 边界层理论 4.4 输运理论的应用 4.5 晶体生长的实验模拟 4.6 量纲分析与相似性原理 4.7 提拉法晶体生长中的界面翻转 4.8 溶质分凝与质输运

晶体生长基础课件

1.输运理论的基本方程组流体输运的两种机制： (整体)迁移 传导或扩散

晶体生长基础课件

1.1 动量输运

Navier-Stokes方程

V——流体运动速度 ρ——流体密度 μ——流体的动力粘滞系数 p——压强 f——流体基元上的体积力

表示的是强迫对 流系统中的流体 动力学方程。

晶体生长基础课件

如果考虑自然对流系统，除了粘滞力外，还 应考虑由温度、浓度的不均匀性引起的浮

晶体生长计算软件FEMAG

中文版介绍

软件产品 FEMAG-CZ 适用于 Czochralski 直拉法生长工艺和 Kyropoulos法生长工艺 FEMAG-DSS FEMAG-FZ 适用于铸锭定向凝固过程工艺 适用于区熔法生长工艺 FEMAG-VB 适用于 VB/VGF 法生长工艺 FEMAG-PVT 适用于物理气相传输法工艺 FEMAG-LEC 适用于液封和蒸气直拉法工艺 (III-V 族化合物 ) 定制软件 根据您的特殊要求，定制、开发适用软件，例如应用于半导体、氧化物和卤化物生长的 软件。

Company

FEMAGSoft 软件股份公司成立于 2003 年，是比利时鲁汶大学（法语）的衍生企业，致力于开发、销 售和支持晶体生长数值模拟专用软件产品。

原材料

单晶

晶片

晶体生长工艺

产品与服务 FEMAGSoft 擅长所有类型晶体材料生长方面的工艺模拟专业技术 , 例如 : 直拉法 (Czochralski)

定向凝固法 (Directional Solification)

晶体生长计算软件FEMAG

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FEMAGSoft 软件股份公司成立于 2003 年，是比利时鲁汶大学（法语）的衍生企业，致力于开发、销 售和支持晶体生长数值模拟专用软件产品。

原材料

单晶

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晶体生长工艺

产品与服务 FEMAGSoft 擅长所有类型晶体材料生长方面的工艺模拟专业技术 , 例如 : 直拉法 (Czochralski)

定向凝固法 (Directional Solification)

第四章 界面稳定性和组分过冷

§1. 界面稳定性的定性描述

1. 温度梯度对界面稳定性的影响: K0<1

T℃ T1℃ T℃ T℃ Tm℃ 晶熔体 体 T1℃ Tm℃ 晶熔体 体 T1℃ Tm℃ 晶熔体 体

0 晶体 熔体 z 0 晶体 熔体 z 0 晶体 熔体 z 晶熔体 体 晶体 熔体 晶体 熔体

(a) (b) (c)

稳定生长 枝晶生长 胞状结构生长

2. 浓度梯度对界面稳定性的影响: K0<1

温度T℃ 温度梯度 Tm℃ 凝固点 浓度C% CL(0) CL 熔体 0 δ 距离z 晶体 0 熔体 晶体 距离z

(a)固液界面邻近的温度分布

(b)固液界面处的溶质分布(溶质边界层)

温度T℃ Tm 温度T℃ 溶液凝固点的变化 Tm 晶体 T(0) 熔体 δ 距离z T(0) 0 CL CL(0) CL (z) 0 (c)凝固点与浓度的关系 (d)溶液凝固点分布以及组分过冷区的形成

温度T℃ 临界温度梯度 Tm 晶体 T(0) 0 (e)临界组分过冷条件的建立

熔体 距离z

组分过冷现象(Constitutional Supercooling),它与界面熔体负温度梯度所出现的现象相似. 3. 界面能对界面

周蔺桐等：硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅生长研究

硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅生长研究

周蔺桐，章爱生，刘小平，周浪*

(南昌大学 材料学院/太阳能光伏学院, 江西 南昌 330031)

摘要：工业生产的太阳能电池用多晶硅锭内部常出现碳化硅夹杂，影响太阳能电池的转换效率，特别是严重威胁硅片的切割生产过程。本文研究了硅熔体中碳化硅熔解与硅晶体中碳化硅沉淀生长特性，在熔解实验中发现：碳化硅全部熔解在1450℃的硅熔体中，同时发现体系中有新的碳化硅颗粒析出。在1350℃下进行硅料中碳化硅沉淀的固相生长实验，其结果表明：晶体硅中碳化硅沉淀的高温固态生长特性不明显，没有碳化硅大颗粒出现。

关键词：硅熔体；晶体硅；碳化硅；热力学平衡 中图分类号：TM914.4 文献标识码：A

A Study of dissolving of SiC precipitates in silicon melt and

growth of SiC in silicon crystal

Abstract: Silicon carbide inclusions often occur in industrial production of polycr

第九章 分子结构和晶体结构

（建议课外学习时间：24小时）

Ⅰ教学基本要求

1．理解三种重要化学键（共价键、离子键、金属键）的形成、本质及其性质。能够用化学键理论判断简单无机化合物的结构和性质。

2．重点通过价键理论理解共价键的形成、主要特征（方向性和饱和性）、主要类型（σ键和π键）。熟悉杂化轨道理论和配位化合物的价键理论，掌握杂化轨道的概念和主要杂化轨道类型（sp、sp2、sp3、dsp2、d2sp3 、sp3d2）的形成及与典型分子或离子（包括配离子）几何构型之间的关系。掌握有关配合物生成、空间构型、稳定性、磁性等方面的基本概念。了解分子轨道理论的概念和要点，能写出第二周期同核双原子分子（离子）的能级图和分子轨道表示式，并说明物质的一些性质（稳定性、键级和磁性）。

3．了解键参数、共价键的极性和分子的极性。理解分子的偶极矩、变形性及其变化规律。理解分子间力、氢键的产生及其对物质性质的影响。

4．了解离子键的形成及其主要特征（无方向性、无饱和性），理解离子的电子构型、离子极化对物质性质的影响。

5．从自由电子概念了解金属键的形成和主要特征（无方向性、无饱和性）。会用金属键说明金属的共性（光泽、延展性、导电和导热性）。

6．理解四种不同类型晶