直拉硅单晶生长过程数值模拟与工艺优化

本书是作者长期从事直拉硅单晶生长过程数值模拟与工艺优化研究的总结。书中在概述硅单晶发展前景、主要生长设备及关键工艺的基础上，介绍直拉硅单晶生长过程数值模拟方法、工艺流程与参数设置、热系统设计与制造等方面的内容；从介观层面阐述多物理场耦合作用对晶体生长的影响，并给出关键工艺参数选取方法；提出一系列结合变量检测、智能优化及优选控制技术的硅单晶工艺研究理论和工程实现方法。本书在理论和实验两方面均进行详尽阐述并给出部分工程实验结果，具有问题驱动、理论牵引、内容具体、结合实际、指导性强等特点。本书对从事晶体生长领域理论研究、技术开发和产业应用工作的高校教师、科研人员以及研究生具有参考价值。

序一
序二
前言
第1章绪论
1.1硅单晶的基本概念
1.2硅单晶生长发展历程与研究进展
1.3本书主要内容安排
参考文献
第2章CZ硅单晶生长工艺与设备
2.1晶体生长基本理论
2.1.1晶体生长中的热平衡
2.1.2晶体生长中的固液界面热平衡
2.1.3晶体生长中熔体的流动状态
2.2CZ晶体生长原理
2.2.1CZ晶体生长的提出
2.2.2结晶驱动力
2.2.3生长界面的热量传输
2.2.4温度对晶体生长速度的影响
2.2.5晶体生长速度与晶体直径的关系
2.2.6弯月面质量与高度计算模型
2.2.7熔体液面高度计算模型
2.2.8晶体倾斜角计算模型
2.2.9晶体生长速度计算模型
2.2.10晶体质量计算模型
2.3CZ硅单晶生长工艺
2.3.1CZ硅单晶生长工艺流程
2.3.2温度梯度对固液界面的影响
2.3.3磁场抑制熔体对流原理
2.3.4MCZ单晶炉常用磁场
2.3.5CUSP磁场抑制对流原理
2.4晶体缺陷抑制与品质提升
2.4.1晶体生长中的缺陷问题
2.4.2晶体生长的品质提升
2.5CZ硅单晶生长设备概述
2.5.1CZ硅单晶生长设备的发展
2.5.2CZ单晶炉的关键部件
2.6小结
参考文献
第3章硅单晶生长中的数值模拟
3.1数值模拟方法概述
3.1.1数值模拟方法的起源
3.1.2数值模拟方法的分类
3.1.3数值模拟方法的发展
3.2数值模拟软件
3.2.1常用仿真软件
3.2.2晶体生长仿真专用软件
3.3晶体生长过程数值模拟研究进展
3.3.1晶体生长过程的多尺度数值模型研究
3.3.2磁场作用下的晶体生长数值模拟
3.4有限元法在晶体生长数值模拟中的应用
3.4.1有限元法概述
3.4.2基于有限元法的硅单晶热场数值计算
3.4.3基于ANSYSCFX有限元分析软件的数值模拟
3.4.4工程应用算例
3.5小结
参考文献
第4章CZ硅单晶生长工艺研究
4.1CGSim软件
4.1.1CGSim软件简介
4.1.2CGSim软件操作流程
4.2关键工艺参数对晶体品质的影响
4.2.1提拉速率对晶体品质的影响
4.2.2晶体转速对晶体品质的影响
4.2.3氩气流量对晶体品质的影响
4.3氧、碳杂质分布及分析
4.3.1硅单晶生长过程中的品质需求及杂质种类
4.3.2氧分布模拟及抑制方法研究
4.3.3碳分布模拟及抑制方法研究
4.3.4硅单晶生长过程中的杂质沉积现象
4.4硅单晶生长的掺杂问题
4.4.1掺杂元素的选择
4.4.2掺杂方式
4.4.3电阻率均匀性及其控制
4.5CZ硅单晶生长稳态与动态建模研究
4.5.1稳态模型与动态模型
4.5.2稳态与动态模拟结果分析
4.5.3固液界面动态分析
4.6小结
参考文献
第5章CZ硅单晶热系统建模与设计
5.1单晶炉热场与晶体品质
5.1.1晶体生长过程中的热传输
5.1.2热场设计需考虑的因素
5.2热系统设计
5.2.1结构设计
5.2.2热场部件的组成
5.2.3热场设计顺序
5.2.4热场排气路线的选择
5.2.5热场的材质
5.2.6加热器设计
5.2.7侧保温设计
5.3硅单晶热系统数值模拟
5.3.1热屏的设计与模拟
5.3.2底部保温的设计与模拟
5.4小结
参考文献
第6章格子Boltzmann方法与晶体生长模型
6.1格子Boltzmann方法的理论与模型
6.1.1Boltzmann方程
6.1.2从Boltzmann方程到格子Boltzmann方程
6.1.3格子Boltzmann方程的基本模型
6.1.4多松弛时间格子Boltzmann方法
6.1.5不可压缩热流体动力学格子Boltzmann方法
6.1.6格子Boltzmann方程的边界条件
6.1.7格子Boltzmann方法的无量纲化
6.2格子Boltzmann方法的晶体生长模型
6.2.1CZ晶体生长机理模型
6.2.2晶体生长热流耦合建模
6.2.3磁场作用下的晶体生长热溶质输运模型
6.2.4二维轴对称浸入边界格子Boltzmann模型的建立
6.3小结
参考文献
第7章多场耦合作用下的硅单晶生长
7.1CZ硅单晶生长过程热流耦合模拟
7.1.1多物理场耦合下的硅单晶生长研究概述
7.1.2格子Boltzmann方程在晶体生长研究中的应用
7.1.3数值计算与结果分析
7.2磁场作用下晶体生长热溶质混合对流研究
7.2.1磁场环境下晶体生长的原理与实现
7.2.2数值计算与结果分析
7.3晶体振荡混合对流模拟
7.3.1晶体生长物理模型及相关假设
7.3.2晶体旋转作用下振荡混合对流的临界工艺参数
7.3.3磁场对振荡混合对流临界工艺参数的影响
7.4晶体生长相变过程模拟
7.4.1晶体生长相变和传热流动耦合模型
7.4.2Gr、Wpull和Rex对相变界面形状的影响
……