一、直拉硅单晶中的流动图形缺陷（论文文献综述）
刘聪聪[1]（2021）在《基于软测量建模的硅单晶品质预测控制》文中研究说明信息产业与新型绿色能源产业是目前人类的两大支柱产业,硅单晶作为两大支柱产业的基础材料尤为重要。随着集成电路和光伏产业的快速发展,对硅单晶的外形尺寸和晶体品质提出了更高的要求。然而,硅单晶的生长过程是一个具有非线性、强耦合、大迟滞和不确定性模型的动态时变过程,传统的控制方法难以确保晶体的品质满足实际的工业要求。因此,研究硅单晶品质预测控制具有重要价值及实际意义。本文从数据驱动建模和控制的角度,提出了 一种基于软测量模型的硅单晶品质预测控制方法,以实现晶体直径的精准控制及确保晶体品质满足实际工艺要求。1、在实际的直拉硅单晶生长过程中V/G获取困难,因此建立了基于混合变量加权堆栈自编码随机森林（Hybrid Variable Weighted Stacked Autoencoders Random Forest,HVW-SAE-RF）的软测量模型。在该模型中,将每层网络的输入与目标变量间的混合相关性用以设计目标函数,使得提取的深层特征与目标变量形成强相关,并将随机森林模型（Random Forest,RF）作为输出层进行回归预测,最终得到V/G的预测值。2、基于上述建立的软测量模型,并且考虑模型不确定性问题,本文提出了一种基于软测量模型的分层控制策略,以实际控制系统输出性能最佳为目标,采用灰狼优化算法进行求解,实现了晶体直径控制及V/G值的实时在线监控。其中,内层的PID控制用于快速稳定系统;外层模型预测控制用于处理系统约束,增强内层环路控制性能;V/G值监控器用于确保系统输出的V/G满足晶体生长要求。3、基于实际直拉硅单晶生长过程的工业数据,验证了所建模型具有较好的预测性能和泛化能力,以及能够为分层控制策略提供准确的V/G预测值。另外,基于软测量模型的分层控制不仅可以实现晶体直径的精确控制,而且能够对固液界面的V/G值进行实时在线监控,将固液界面V/G控制在晶体生长理论要求的范围内,为保证晶体品质提供了有效的技术手段。
郭亚葳[2]（2021）在《大尺寸区熔单晶硅生长过程的数值模拟》文中进行了进一步梳理区熔法能拉制出高纯度、碳和氧含量较低的单晶硅,这些特点决定硅材料主要用来制造高反压和大电流的高压整流器、晶体闸流管等大功率器件,是一种不可取代的生产硅基材的方法。其中区熔硅的原材料多晶硅棒成本高,拉晶生产工艺难度大,人为操作依赖性大等是研制和生产大直径区熔硅单晶的难题。从上个世纪八十年代德国学者就开始应用数值模拟的方法对区熔硅的生长过程进行模拟分析并应用到实际实验生产中,我国从2013年开始在浙大、南开也相继应用数值模拟的方法对区熔硅生长进行模拟和分析,我国在区熔硅方面应用数值模拟分析的少,并且和国际上的专家在这方面的研究和探索有差距。本文主要是应用数值模拟的方法对区熔硅的生长过程进行分析。区熔单晶硅的主要技术难点是电磁感应线圈的热场构造和拉晶过程的工艺参数变量的调整,本文主要是借助FEMAG-FZ的软件,针对电磁线圈几何结构的变化和晶体转速和拉速工艺变化进行数值模拟,观察这些变量的变化对熔区内的温度场、固液界面平坦性和自由表面及中心轴线的温度分布的影响从而判断出对区熔硅生长的影响。简化三维区熔硅生长模型并做对称性处理,在二维平面内建模,多晶硅棒直径130 mm,单晶棒直径150 mm,电磁感应线圈直径300 mm,电磁线圈忽略主副缝,做对称化处理成四条对称的缝隙。电磁感应线圈的几何结构参数包括电磁线圈是否有缝设计,内孔直径的变化,缝隙长和宽以及线圈下表面的变化进行模拟实验。实验结果显示线圈有缝设计比无缝设计更有利于固液面的平坦,中心轴线的温度梯度小,自由液面的温度曲线在有缝的实验模拟中温度峰值低20℃。对于内孔直径的实验显示,内孔直径相对大的38 mm的实验可以获得相对平坦的固液界面,中心轴线和自由表面的温度梯度相对小。电磁线圈缝隙宽度分别是1mm、2 mm和3 mm的模拟实验,结果是缝隙宽度相对大的3 mm的实验可以获得相对平坦的固液界面,中心轴线和自由表面的温度梯度相对小。电磁线圈缝隙长度分别是40 mm和50 mm的模拟实验,结果是缝隙长度相对大的50 mm的实验可以获得相对平坦的固液界面,中心轴线和自由表面的温度梯度相对小。设计的6英寸区熔单晶用线圈的收率达到45.2%。单晶进行晶体转速分别是5 RPM、10RPM、15RPM和拉速分别是2.0mm/min、2.5 mm/min、3.0 mm/min的模拟实验。晶体转速相对小的5 RPM的拉晶条件更有利于单晶的稳定生长,可以获得相对平坦的固液界面,自由液面和中心轴线的温度梯度相对小,熔区内的温度场分布相对均匀;晶体拉速相对小的2.0 mm/min的拉晶条件更有利于单晶的稳定生长,可以获得相对平坦的固液界面,自由液面和中心轴线的温度由于单晶单位时间成长速度小,单晶生长释放的热量少,导致温度梯度相对大,熔区内的温度分布极差大。在实际的实验中,设计了三个拉晶条件:5 RPM&2.5 mm/min,5 RPM&3.0 mm/min and 10 RPM&2.5 mm/min。当拉速 2.5 mm/min,转速 10 RPM获得的硅片RRV分布最好,RRV<20%比例达到91.03%。
孙玉鑫,陈加和,余学功,马向阳,杨德仁[3]（2019）在《直拉硅单晶的杂质工程:微量掺锗的效应》文中认为直拉硅单晶是集成电路的基础材料,因而在过去几十年来被广泛而深入研究.直拉硅单晶的缺陷以及机械强度对集成电路制造的成品率有显着的影响.传统上,人们认为直拉硅单晶中除了掺杂所需的电活性杂质以及不可避免的氧杂质以外,其他杂质越少越好.在此情形下,直拉硅单晶的缺陷控制和机械强度的改善几乎只能依赖于晶体生长工艺的优化.为了打破这种限制,我们提出在直拉硅单晶中掺入特定的非电活性杂质,既可以通过这些杂质原子与点缺陷的相互作用来调控维度更高的缺陷的行为,又可以发挥增强机械强度的作用,这就是直拉硅单晶的杂质工程.本文首先阐述直拉硅单晶的杂质工程的研究背景与意义,随后综述作为直拉硅单晶的杂质工程的一个范本——微量掺锗的效应,包括掺锗对氧沉淀和空洞等缺陷形成的影响及其对集成电路制造的有益作用,以及掺锗对硅片机械强度的增强作用.
滕冉[4]（2017）在《大直径硅单晶的制备与数值分析》文中进行了进一步梳理大直径硅单晶是微电子工业的基础材料,广泛应用于集成电路备件和硅片制造领域,是现今信息社会的基石。根据国际半导体设备材料产业协会（SEMI）的报告,全球大直径硅单晶的需求依然旺盛,450mm硅单晶要继续开发研究。当前主流集成电路设备用部件急需400mm硅单晶并提出低成本的要求,开发400mm硅单晶和研究晶体制备的工艺过程,无疑具有重要的理论意义和现实需求。同时,开发下一代450mm集成电路用硅晶体、研究外加磁场对改善晶体质量的作用,对于我国未来制造450mm硅片具有重要的战略意义。本文从晶体生长物理基础和流体力学的基本理论出发,结合硅单晶制备过程中热质输运的分析,采用实验和数值分析相结合的方法,以大直径硅单晶制备为主要研究对象,研究热场结构、控制参数和外加磁场对大直径硅单晶生长的影响。通过数值分析的手段,研究了结构参数和控制参数对晶体生长特性的影响,确定了晶体制备的工艺条件;采用28inch和32inch热场制备出400mm和450mm无位错硅单晶;通过分析单晶样片的电学性质和化学成分,研究了晶体的生长特性及晶体生长的影响因素。具体如下:（1）利用数值分析技术研究了热屏对晶体生长的影响。结果表明,直壁式热屏在降低晶体内应力和熔体中氧含量方面具有一定的优势,但直壁式热屏的使用会极大增加熔体边缘区域过冷的风险,在后续的计算和实验中均使用斜壁式热屏。此外,计算了液面位置对晶体生长的影响。结果表明,随着液面位置的升高,晶体内热应力增加,固液界面更加凸向熔体,界面上的v/G比值略有下降。（2）利用数值分析技术研究了控制参数（提拉速率、氩气流量、晶体转速和坩埚转速）对晶体制备的影响。拉速的变化将改变炉体内的温场分布和加热器功率。加热器功率的下降不仅是因为结晶潜热释放的增加,还与固液界面上的热平衡及三相点的温度有关。氩气流量的变化直接影响晶体内的温度分布以及熔体内的氧含量。晶体转速和坩埚转速的变化直接影响熔体内流场和温场的分布,精确控制晶体转速和坩埚转速的比值可以在晶体生长的各个阶段获得平坦的固液界面。（3）应用优化过的热场和工艺控制参数进行了晶体制备实验并进行氧、电阻率、微缺陷类型的测试。结果表明,利用28inch热场可制备400mm直径,轻掺硼,<100>硅单晶。该热场的采用不仅可以节约能源消耗,而且降低硅单晶制备成本。氧含量径向分布的实验值与计算值的变化趋势能很好地吻合,为进一步优化热场结构及控制参数指明方向。缺陷分析测试表明,晶体中未发现氧化诱生层错;通过FPDs及铜坠饰实验结果表明晶体内部为富空位型缺陷。（4）利用32inch热场和磁场拉晶工艺制备出450mm无位错单晶。整根硅单晶电阻率与预期值相符,晶体的生长过程完全可控。通过对比分析不同磁场条件下硅单晶内氧含量的实验值,在等径末期磁场对降低晶体内氧含量的作用更加明显。进一步计算了磁场强度和等高斯面的位置对晶体生长的影响,随着磁场强度的增加,熔体湍流程度大幅度降低,但当磁场强度超过500Gs后,磁场强度对熔体对流抑制作用的边际效应开始体现出来,需要平衡磁场拉晶的效果与能耗之间的关系。在磁场强度增加到1OOOGs的过程中,熔体中氧含量的最小值下降了 27.4%,固液界面上氧浓度的平均值下降了 25%,固液界面上氧含量的径向均匀性提高了 35%。等高斯面的位置对熔体中的温场、流场和浓度场影响较小,等高斯面在熔体自由液面上方时固液界面上氧含量及其径向均匀性都达到最佳值。
安涛[5]（2014）在《单晶炉磁场对晶体生长影响的研究》文中研究说明随着半导体材料技术和半导体加工工艺日益成熟以及现代化电子行业迅猛发展需要,对现代半导体制造最基础的硅材料提出了大直径、高纯度、高完整性和高均匀性要求,即“三高一大。在晶体生长过程中,向坩埚内引入磁场是目前抑制对流提高晶体质量的重要方法。本文针对该方法的关键设备磁场目前存在的主要问题,以及大直径磁场及其对晶体生长的影响进行了相关研究。其主要内容如下:（1）通过对直拉法晶体生长坩埚内熔体温度分布、熔体对流以及磁场对熔体对流的抑制机理进行了分析研究,得到了坩埚内熔体主要存在四种对流,其中,热对流是主体对流,强度最强,作用区域最大,主要集中在熔体上部靠近坩埚壁区域;通过对勾形磁场抑制熔体对流机理研究,得到了勾形磁场的中心面坩埚壁处的径向分量Brmax、底部壁处的纵向分量Bzmax以及中心面下（上）20mm坩埚壁处的纵向分量Bzmin是磁场抑制熔体对流的关键参数。（2）依据相关理论分析推导出了勾形磁场的磁场强度（正交磁场）与等效微重力加速度之间的理论关系式:geff=（ρ·γ0·g0）/（μ2·σ·Δh2·B2）,并对低卫星轨道的微重力环境下勾形磁场的关键参数进行了分析计算,得到了能有效抑制熔体主体对流的勾形磁场设计指标:Brmax为400GS、Bzmax为800GS、Bzmim小于110GS。为勾形磁场关键参数的确定在理论上提供了一种方法。（3）利用ANSYS有限元模拟软件对MCZ-6000A型单晶炉横向磁场和勾形磁场结构以及电学参数进行了优化设计,得到了磁场的优化设计参数。通过实验对其主要参数进行了验证。其结果表明了该模拟方法是正确的、符合实际的、完全可以信赖。为进一步磁场设计提供了一套完整的模拟方法以及具有参考价值的经验参数。（4）提出了一种具有上下导磁环和中心导磁环的勾形磁场新屏蔽体结构。该结构可减小磁回路磁阻,提高线圈的磁效率,降低磁场功耗。在其它条件相同条件下（线圈电流350A）,使勾形磁场Brmax的强度提高了 27.0%;在相同Brmax强度（491GS）时,功耗降低了 36%。为降低勾形磁场功耗提供了一种新屏蔽体结构。（5）提出了一种高电压、小电流、低功耗的电压型勾形磁场结构。该磁场分布与现有勾形磁场的分布以及磁场特性规律完全相同。该磁场（2400 匝）与现有的勾形磁场（120匝）相比,在相同磁场Brmax强度（491.6GS）时,磁场功耗从原来的19.5KW降到9.8KW,降低了 50%。为研究开发、设计低功耗勾形磁场,提供了一种新的磁场结构。（6）通过晶体生长实验对设计的磁场进行了验证,结果表明了推导的磁场强度与等效微重力加速度之间理论关系式是正确的、符合实际的、完全可用于勾形磁场关键参数的计算。
于新友[6]（2014）在《工艺参数对硅单晶直拉过程影响的数值模拟研究》文中认为硅单晶是信息、电子和光伏等产业的重要基础材料,且直拉法是制备硅单晶最重要的方法之一,目前,计算机模拟硅单晶生长已成为控制硅单晶质量、制定生长工艺的重要研究手段。本文通过有限元方法建立硅单晶生长过程数学模型,针对拉晶速度、氩气流速和拉晶高度对硅单晶生长过程的影响,通过数学知识、晶体生长原理、计算机仿真知识等手段,运用有限元方法,对不同拉晶速度下、氩气流速和拉晶高度下Φ200mm硅单晶直拉过程的固-液界面、熔体热场与流场、晶体热应力以及微缺陷产生几率进行了模拟研究,同时针对Φ400mm直拉硅单晶生长过程中拉晶速度对空洞状态的影响实施了模拟分析,为实际生产时直拉硅单晶的工艺优化和缺陷控制提供指导。结果表明,在晶体拉制过程中,随着拉晶速度的增加,固液界面形状经历了凹→平→凸的变化；熔体的温场和流场变化不大,仅熔体自由表面温度和熔体/坩埚界面温度有所降低,有利于减少内部缺陷；晶体最大热应力和V/G值有所增加；位错产生几率增加而氧化诱生堆垛层错环产生几率减小。随着拉晶速度加快,晶体心部的空洞密度及其平均尺寸相应增大,且空洞密度曲线和平均直径曲线基本上都向晶体边缘整体平移、无空洞区面积减小,空洞形成几率增大；拉速变化不影响空洞分布规律。随着氩气流速的增大,氩气温度和炉内散热效率升高；熔体的温度梯度增大,中间顺时针涡胞增强；晶体温场变化不大,V/G值有所减小；产生氧化诱生堆垛层错环的几率增大。随着拉晶高度的增加,固液界面形状经历了凹→平→凸（放肩阶段凸度略有减小）；熔体温场均匀性改善,熔体流场的涡胞有所减弱；晶体热应力变化不明显；位错产生几率减少。在确保直拉过程稳定的前提下,选择合适的拉晶速度、减小氩气流速和增加拉晶高度、可提高硅单晶的直拉效率,减少缺陷产生几率,改善产品质量。
张新鹏[7]（2013）在《杂质对直拉硅单晶中原生缺陷以及热处理诱生缺陷的影响》文中研究说明以N型重掺直拉硅单晶片为衬底的硅外延片被广泛用于集成电路以及功率器件的制造。为了提高器件的成品率,通常要求外延硅片具有内吸杂能力,这就要求作为衬底的重掺硅片在器件制造过程中能形成足够的氧沉淀及其诱生缺陷。近十年来,高温快速热处理（RTP）被证明是促进直拉硅单晶中氧沉淀的有效手段。然而,已有的针对高温RTP对氧沉淀影响的研究几乎都是针对轻掺直拉硅单晶的。系统地理解N型重掺直拉硅单晶经过高温RTP预处理后的氧沉淀行为,对开发具有高内吸杂能力的外延硅片具有重要的实际意义。近二十年来,关于共掺直拉硅单晶的研究日益受到重视。其中,掺锗直拉硅单晶由于具有机械强度高和内吸杂能力强等优点而引起研究者的关注。空洞型缺陷是直拉硅单晶中一类重要的原生缺陷,它会破坏MOS器件的栅极氧化层的完整性而降低器件的成品率。而掺锗对直拉硅单晶中空洞型缺陷形成的影响还有待深入研究。本论文重点研究了N型重掺杂对直拉硅单晶在高温RTP预处理条件下空位相关复合体缺陷和氧沉淀形成的影响。此外,首次采用扫描红外显微术（SIRM）无损检测直拉硅单晶中的空洞型（void）缺陷,研究了掺锗和N型重掺杂对空洞型缺陷形成的影响。论文取得如下具有创新意义的结果：（1）研究了高温RTP热处理对重掺杂（P、As或Sb）N型直拉硅单晶电阻率的影响。发现上述硅单晶经过1000、1150和1250℃的RTP预处理后,电阻率都呈一定程度的增加；而经过后续低温（300-650℃）热处理后,电阻率会逐渐恢复到初始值。这是因为高温RTP产生了高浓度的空位（V）,而一部分掺杂原子（D）和空位形成D-V复合体,使这一部分掺杂原子失去了电活性,从而导致电阻率增加；在后续低温热处理过程中,D-V复合体逐渐分解,相应的掺杂原子重新获得电活性,电阻率随之恢复到初始值。通过电阻率的变化,可以估算出RTP注入的空位浓度。对于重掺P、As和Sb硅单晶而言,注入的空位浓度分别为1018cm-3,（2-3）×1017cm-3和（2-5）×1016cm-3。（2）研究了高温RTP热处理对重掺As或重掺Sb硅单晶中氧沉淀在300℃的形核。发现经过高温RTP预处理后,即使在300℃这样低的温度氧沉淀依然显着形核,经过1000℃热处理后这些核心会长大形成高密度的氧沉淀。由于只有经过高温RTP预处理氧沉淀才能显着形核,所以将氧沉淀的形核归因于高温RTP引入空位对氧沉淀形核的促进作用。空位与As或Sb形成Asx-V或Sbx-V复合体会导致掺杂原子失去电活性。自由载流子的减少导致电阻率增加,将增加的电阻率转化为失去电活性的掺杂原子浓度,结果失去电活性的掺杂原子浓度在1017cm-3数量级,也说明了高温RTP后约有1017cm-3数量级的空位被保留在硅单晶体内。在后续的300℃热处理过程中,电阻率逐渐恢复到初始值并释放出高温RTP过程中保留的空位。高浓度的空位可能会与其他杂质形成VO2和AsVO或者SbVO等复合体,这些复合体作为氧沉淀的异质形核中心促进氧沉淀。（3）研究了高温RTP引入的空位对重掺As和重掺Sb直拉硅单晶中氧沉淀行为的影响。发现在800、900和1000℃热处理空位都会促进重掺Sb直拉硅单晶中氧沉淀,而在重掺As直拉硅单晶中只有在800℃热处理空位才对氧沉淀的形核有促进作用。密度泛函理论计算结果表明在重掺As和重掺Sb直拉硅单晶中AsVO和SbVO复合体是能量最优的结构。这些复合体在适当的条件下可以作为氧沉淀形核的前驱体。基于密度泛函理论的结算,解释了在重掺As和重掺Sb硅单晶中空位对氧沉淀形核影响不同的原因。（4）首次通过SIRM研究了掺杂对直拉硅单晶中空洞型缺陷void的影响。研究结果表明低浓度掺锗对单体void缺陷的密度和尺寸只有微弱甚至没有影响。掺锗对void缺陷的微弱影响与之前的结果是一致的,原因归结为Ge对空位的捕获能力非常微弱,因此对空位的平衡浓度影响也很小。但是当掺杂浓度较高时,Ge对多体void会表现出明显的抑制作用。（5）利用SIRM研究了N型重掺对void缺陷的影响。对于掺杂浓度相对较低的重掺Sb硅单晶（≈（1.6-3.4）×1018cm-3）而言,void缺陷的形成得到了显着的促进。对于掺杂浓度较高的重掺As硅单晶而言,在单晶头部（≈1.9×1019cm-3）的void缺陷的形成被促进,而在单晶尾部（≈3.8×1019cm-3）的void缺陷密度显着降低。而对于掺杂浓度更高的重掺P单晶（≈4.6×1019cm-3）而言,void缺陷的形成则被更加显着的抑制,以至于SIMR检测不到void缺陷。根据重掺杂对空位浓度的影响,尝试对上述现象进行了解释。
张向宇,关小军,曾庆凯,潘忠奔,张怀金,王进[8]（2013）在《平均空位径向扩散通量对直拉硅单晶空洞演化影响的相场模拟》文中研究说明直拉硅单晶中空洞的大小和数目对其性能有着至关重要的影响.采用已有的与晶体生长温度场有限元模型相耦合的空洞演化相场模型及其应用程序,模拟研究了不同的平均径向扩散通量对直拉单晶硅生长过程中空洞形貌及其分布状态演化的影响规律.结果表明:平均空位径向扩散通量的变化对于空洞演变阶段性及其形貌特征影响不大;随着平均空位径向扩散通量的增加,空洞的孕育阶段缩短,形核长大阶段延长,空洞平均尺寸及分数增加.
徐涛[9]（2013）在《直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀》文中指出由空位聚集而形成的空洞型缺陷（Void）是直拉硅单晶中一种重要的原生微缺陷,它们的存在不仅会使栅氧化物的完整性（GOI）受到严重破坏,还会造成PN结漏电、槽型电容短路或绝缘失效等问题,从而降低集成电路的成品率,因此它获得了企业界和学术界的广泛研究。一般说来,空洞型缺陷依据检测方法的不同而表现出不同的形式,分别称为：Crystal Originated Particle （COP）, Flow Pattern Defect（FPD）和Light Scattering Tomography Defect（LSTD）。相比之下,使用择优腐蚀液来表征空洞型缺陷是一种简单快捷的方法,因此获得了广泛的使用。对于轻掺硅片来说,目前一般采用标准的Secco液（0.15MK2Cr2O7:HF=1:2）来腐蚀显示硅片中的FPDs;但是对于重掺硅片来说,由于载流子浓度增加导致腐蚀速率加快,使得硅单晶中正常晶格位置和缺陷位置的腐蚀速率相接近,从而削弱了择优腐蚀效果,因而,适用于轻掺硅片缺陷的择优腐蚀液往往不适用于重掺硅片。为此,很有必要开发出适用于重掺杂硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀液。此外,到目前为止,还没有能够直接显示出空洞型缺陷的择优腐蚀方法。若在此方面有所突破,将对实际生产具有重要意义本文系统研究了CrO3-HF（40wt%）-H2O体系的混合液对重掺杂直拉硅单晶的择优腐蚀特性,揭示了这一体系的腐蚀液对重掺杂直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀机理。另外,本文还研究了利用铜沉淀结合择优腐蚀来表征直拉硅单晶中多面体空洞型缺陷的方法。上述研究的主要结果如下：（1）研究了基于CrO3-HF-H2O体系的混合液对重掺N型直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀,开发出组成为0.2-0.25M CrO3:40%HF=1:1（体积比）的新型择优腐蚀液。该腐蚀液可用于电阻率低至0.7mΩ·cm的<100>或<111>晶向重掺N型直拉硅单晶中空洞型缺陷的显示。（2）研究了基于CrO3-HF-H2O体系的混合液对重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀,开发出组成为0.25-0.35M CrO3:40%HF=2:3（体积比）的新型择优腐蚀液。该腐蚀液可用于电阻率低至2.5mΩ·cm的<100>或<111>晶向重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的显示。（3）发明了一种基于铜沉淀结合Secco液择优腐蚀的直接显示空洞型缺陷的方法。其具体步骤如下：将抛光后的直拉硅片浸入硝酸铜溶液（8M）静置若干时间；随后在去离子水中漂洗,取出后晾干；接着在700-1100℃的温度下热处理若干时间；快速出炉后在空气中冷却。经上述处理的直拉硅片水平置于Secco腐蚀液中择优腐蚀,即可显示出直拉硅片中的多面体空洞型缺陷。该方法利用多面体铜沉淀清晰地显示出直拉硅片中的多面体空洞型缺陷,并在通常环境下和采用常规的光学显微镜方便地观察。因而该方法适合于工业生产中检测直拉硅片中的空洞型缺陷。
曾庆凯[10]（2012）在《直拉硅单晶中微缺陷演变的相场模拟研究》文中研究表明硅单晶是制造集成电路和光能转换产品的基础材料,对于21世纪信息产业和太阳能产业的发展起到关键的支撑作用。从2002年始,我国硅单晶产量由不足世界总产量的0.4%发展为今天以出口为主。但是,其品质还无法与国际上高纯度、高完整性、高均匀性、大直径的发展趋势同步。目前,直拉硅单晶缺陷已经成为制约其发展和应用的关键问题,然而,硅单晶中一些缺陷也有利于提高器件的成品率与电参数,对它们的认识亦由原来的“消除”转变为“控制、利用”,促使人们更加重视对其合理控制即“缺陷工程”的研究。鉴于直拉硅单晶直径逐渐增大的趋势及“缺陷工程”的兴起,揭示和控制硅单晶生长过程中空洞、氧沉淀等微观缺陷的演变规律和存在状态以确保其应用性能已成为当前不容忽视的实际问题。近年来,采用计算机数值模拟作为辅助手段已成为直拉硅单晶缺陷研究的一种新趋势,直拉硅单晶缺陷研究已逐渐转向试验观察-理论分析与计算机数值模拟相并行。但是,目前的数值模拟研究只限于有限元法的宏观模拟,还不能对介观或微观区域中缺陷演变进行模拟,缺少深层次的仿真分析。探索宏观-介观-微观多尺度耦合的模拟方法、相应模型、应用程序及其关键模拟技术,实现直拉硅单晶缺陷多尺度数值模拟的研究势在必行。相场法以Ginzburg-Landau自由能理论为基础,用微分方程来展现有序化势和热力学驱动的综合作用,是一种新型的材料微结构演化的数值模拟方法。经过20多年的发展,它已成为材料介-微观组织模拟的一种重要方法。目前,国内学者已经应用相场模型进行了枝晶长大、动态再结晶及单晶生长的模拟研究,但未见其用于单晶体缺陷模拟的报道。因此,本文尝试采用相场模型,模拟了直拉硅单晶中微缺陷的演变,这一研究具有重要的理论意义和实际价值。首先,基于晶体生长物理学和相场模拟理论,全面考虑原始点缺陷的扩散和复合行为以及拉晶速度对空洞演化的影响,创建了直拉硅单晶空洞演化的单相场模型,并以时间为纽带,通过空间尺度转换、网格再划分等技术,将有限元软件CGSim所模拟的温度场、点缺陷浓度场导入相场模型,完成有限元方法与相场方法的耦合,实现硅单晶微缺陷的宏观分析和介观形态观察的有机结合。成功地模拟了Φ400mm直拉硅单晶轴线不同区域空洞演化,揭示了初始本征点缺陷浓度和拉晶速度对空洞演化的影响规律：初始本征点缺陷浓度较高时,空洞的数目、平均尺寸、面积分数普遍较大,孕育阶段缩短、形核和长大阶段延长；空洞的偏聚及合并、长大的现象明显；两种拉晶速度对于空洞演化历程影响不大,依然先后经历孕育-形核-长大-稳定四个阶段,拉晶速度较低时空洞的密度增加而平均尺寸减小。该相场模型及其模拟结果的可靠性得到了实验观察与有限元模拟结果的检验。其次,基于直拉硅单晶生长时空洞演化单相场模型,创建了直拉硅单晶生长微缺陷演化多相场模型及其分析流程,完成了不同初始点缺陷状态对直拉硅单晶生长时轴向微缺陷演化影响的模拟研究及其相关机理的探讨,结果表明：①纯初始间隙氧原子浓度条件下,随着温度降低,氧沉淀密度单调增加,平均直径先增大后缓慢减小；随着初始间隙氧原子浓度增加,空洞平均直径增大（低温时更显着）,空洞密度减小（低温时）,而平均直径增大。②低温时,最小的和最大的初始空位浓度分别对应最小的多型空洞密度和空洞密度,最大初始空位浓度下空洞平均直径相对较大；随着初始空位浓度增大,氧沉淀密度基本不变,氧沉淀平均直径增大且随温度降低逐渐增强。③低温时,空洞密度与平均直径随间隙硅原子浓度增大而减小,初始间隙硅原子浓度对氧沉淀演变影响不大。该相场模型及其模拟结果的可靠性得到了相关的宏观模拟结果验证。随后,考虑轴向和径向点缺陷对流、扩散的影响,进一步完善了空洞-氧沉淀演化多相场模型及其应用程序,通过宏观有限元模拟和介观多相场模拟,实现了晶体内部微缺陷全局演变的双层次仿真,揭示了拉晶速度对微缺陷存在状态影响的规律。结果表明：①晶体内不同轴向位置处空洞和氧沉淀的径向分布规律均相同,即除了晶体边缘空洞密度减小或无空洞区之外,随着径向半径增加,空洞密度增大而平均直径减小；氧沉淀密度沿径向大部分区域变化不大,仅在接近侧表面区域呈现先升高又急剧降低的变化,其平均直径沿径向减小且总体变化幅度大于空洞。②随着轴向位置升高,空洞密度降低,平均直径增大,无空洞区减小；氧沉淀密度径向变化减弱而平均直径径向变化增强。③拉晶速度对于微缺陷径向分布规律没有影响,随着拉晶速度加快,空洞密度曲线和平均直径曲线向侧表面平移,空洞密度减小、平均直径增加,无空洞区减小；氧沉淀密度和直径的径向变化趋势减小。④相场模拟结果不仅提供了微缺陷演变的形貌、分布状态等介观信息,而且显示了与有限元模拟相同的空洞径向演变规律,两种模拟的结合可实现直拉硅单晶生长时微缺陷演化的多尺度全局模拟。最后,在空洞-氧沉淀多相场模型基础上,引入余差函数计算硅片热处理过程中点缺陷扩散,成功地模拟了硅片在炉冷、传统高-低-高三步等温退火、RTA退火和中子辐照退火过程中硅片微缺陷的演变规律,并与理论和实验进行了比较。模拟结果表明：①炉冷过程对于直拉硅单晶微缺陷分布规律没有影响,只使得空洞平均直径略有增加,氧沉淀尺寸减小、密度增大。②三步等温退火时,在第一步高温退火获得的合理间隙氧原子浓度分布前提下,通过后续的低温退火和高温退火,可在硅片中形成表面为洁净区和心部为氧沉淀聚集区的“内吸杂”结构,且第三步高温退火促进了心部氧沉淀聚集。③较高起始温度的Ramping退火硅片的微缺陷密度和尺寸要明显小于较低起始温度的Ramping退火硅片,同时洁净区厚度较大；RTP处理+Ramping退火后硅片的微缺陷密度、尺寸都小于传统的RTP处理+低-高两步退火,且空洞演变所受退火条件影响较氧沉淀更明显。④在合理的中子辐照空位浓度条件下,通过相场模拟可实现硅片心部高表面低的空位浓度分布状态。
二、直拉硅单晶中的流动图形缺陷（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、直拉硅单晶中的流动图形缺陷（论文提纲范文）
（1）基于软测量建模的硅单晶品质预测控制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 直拉硅单晶生长工艺流程 |
| 1.3 直拉硅单晶品质研究现状 |
| 1.4 软测量技术基础与研究现状 |
| 1.4.1 软测量技术基础 |
| 1.4.2 软测量技术研究现状 |
| 1.5 直拉硅单晶直径控制研究现状 |
| 1.6 论文主要内容和章节安排 |
| 2 Cz硅单晶的缺陷 |
| 2.1 硅单晶中的缺陷简介 |
| 2.2 硅单晶中的主要微缺陷 |
| 2.3 硅单晶点缺陷与V/G关系 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 Cz硅单晶生长原理 |
| 3.1 单晶生长原理 |
| 3.1.1 加热器功率对晶体直径的影响 |
| 3.1.2 拉速对晶体直径的影响 |
| 3.2 硅单晶直径控制结构 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于HVW-SAE-RF的软测量模型 |
| 4.1 预备知识 |
| 4.1.1 自动编码器 |
| 4.1.2 自动编码器网络的训练 |
| 4.2 混合加权堆栈自编码模型 |
| 4.2.1 堆栈自编码器 |
| 4.2.2 混合变量加权堆栈自编码器 |
| 4.3 混合变量加权堆栈自编码随机森林模型 |
| 4.3.1 决策树 |
| 4.3.2 随机森林 |
| 4.3.3 遗传算法寻优 |
| 4.4 实验及结果分析 |
| 4.4.1 辅助变量选择 |
| 4.4.2 数据预处理 |
| 4.4.3 确定隐含层节点数 |
| 4.4.4 训练HVW-SAE-RF模型 |
| 4.4.5 结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于HVW-SAE-RF软测量模型的分层控制策略 |
| 5.1 识别控制简介 |
| 5.2 基于软测量模型的分层控制 |
| 5.2.1 内部控制器设计 |
| 5.2.2 外部控制器设计 |
| 5.2.3 V/G监控器 |
| 5.3 灰狼优化 |
| 5.4 仿真控制实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）大尺寸区熔单晶硅生长过程的数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 单晶硅的制备方法 |
| 1.2.1 直拉法 |
| 1.2.2 区熔法 |
| 1.2.3 直拉法与区熔法的区别 |
| 1.3 区熔法拉制硅单晶 |
| 1.3.1 区熔炉设备构造 |
| 1.3.2 电磁感应线圈作用 |
| 1.3.3 转动速度和生长速度 |
| 1.3.4 区熔法生长单晶的历史演变 |
| 1.3.5 国内外最新区熔研究 |
| 1.4 区熔硅单晶的数值模拟 |
| 1.4.1 区熔单晶硅模拟概述 |
| 1.4.2 国外的区熔模拟发展 |
| 1.4.3 国内的区熔模拟发展 |
| 1.5 本课题研究对象 |
| 1.6 课题意义 |
| 2 实验 |
| 2.1 实验工具 |
| 2.1.1 实验设备 |
| 2.1.2 实验物料 |
| 2.1.3 电阻率测试方法 |
| 2.2 FEMAG软件介绍 |
| 2.2.1 多场耦合模型 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.2.3 计算流程 |
| 2.2.4 物理建模 |
| 2.2.5 仿真模型的边界条件 |
| 2.3 实验方案 |
| 2.3.1 电磁感应线圈几何结构的变化 |
| 2.3.2 晶体生长工艺参数的变化 |
| 3 电磁线圈的形状变化对熔区的实验模拟与分析 |
| 3.1 线圈的实验模型 |
| 3.2 电磁感应线圈有无开缝设计的实验模拟与分析 |
| 3.2.1 线圈有无开缝的实验设计 |
| 3.2.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 3.3 电磁线圈内孔直径的实验模拟与分析 |
| 3.3.1 线圈内孔直径的实验设计 |
| 3.3.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 3.4 电磁感应线圈开缝宽度实验模拟与分析 |
| 3.4.1 线圈开缝宽度的实验设计 |
| 3.4.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 3.5 电磁线圈开缝长度变化的模拟分析 |
| 3.5.1 线圈开缝长度的实验设计 |
| 3.5.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 3.6 电磁线圈下斜面角度的实验模拟与分析 |
| 3.6.1 线圈下斜面角度的实验设计 |
| 3.6.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 3.7 6英寸区熔单晶生长用线圈的设计 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 单晶生长工艺参数变化对熔区的实验模拟与分析 |
| 4.1 单晶转动速度的变化对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 4.1.1 单晶转动的实验设计 |
| 4.1.2 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 4.2 硅单晶生长速度的变化对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 4.2.1 硅单晶拉速的物理意义 |
| 4.2.2 单晶拉速的实验设计 |
| 4.2.3 对熔区温度场和形状的模拟分析 |
| 4.3 单晶拉速的实验 |
| 4.3.1 实验设计 |
| 4.3.2 实验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（3）直拉硅单晶的杂质工程:微量掺锗的效应（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 微量掺锗直拉硅单晶的生长、缺陷调控及机械强度 |
| 2.1 微量掺锗直拉硅单晶的生长 |
| 2.2 微量掺锗对直拉硅单晶缺陷的调控 |
| 2.2.1 氧沉淀和内吸杂 |
| 2.2.2 空位型缺陷——空洞 (Void) |
| 2.3 机械强度 |
| 3 总结 |
（4）大直径硅单晶的制备与数值分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅单晶材料概述 |
| 1.1.1 硅单晶的制备及用途 |
| 1.1.2 直拉硅单晶炉结构 |
| 1.2 晶体生长物理基础 |
| 1.2.1 晶体生长热力学及动力学原理 |
| 1.2.2 晶体生长过程中的传热传质原理 |
| 1.2.3 生长速率起伏和固液界面 |
| 1.2.4 界面稳定性和组分过冷 |
| 1.3 直拉硅单晶制备过程中传热传质现象及其研究进展 |
| 1.3.1 直拉硅单晶生长过程中全局模拟的研究进展 |
| 1.3.2 直拉硅单晶熔体中氧杂质及微缺陷的研究进展 |
| 1.3.3 直拉硅单晶中熔体流动的磁场控制机理与应用研究进展 |
| 1.4 本文的研究目的和主要内容 |
| 1.4.1 本文研究目的 |
| 1.4.2 本文研究内容 |
| 2 数值分析模型、实验设备及测试仪器 |
| 2.1 控制方程和边界条件 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 边界条件 |
| 2.1.3 湍流模型 |
| 2.2 数值计算流程 |
| 2.2.1 计算流程 |
| 2.2.2 数值建模 |
| 2.3 制备及表征技术 |
| 2.3.1 热处理炉 |
| 2.3.2 傅氏转换红外线光谱分析仪 |
| 2.3.3 二次离子质谱仪 |
| 2.3.4 电阻率测试仪 |
| 2.3.5 光学显微镜 |
| 3 热场对晶体生长影响的数值分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 热屏对单晶生长影响的数值分析 |
| 3.3 液面位置对单晶生长影响的数值分析 |
| 3.3.1 液面位置对流场和温场的影响 |
| 3.3.2 液面位置对晶体内热应力的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 控制参数对晶体生长影响的数值分析 |
| 4.1 提拉速率对单晶生长影响的数值分析 |
| 4.1.1 提拉速率对温场和流场的影响 |
| 4.1.2 提拉速率对固液界面的影响 |
| 4.1.3 提拉速率对热应力的影响 |
| 4.2 氩气流量对单晶生长影响的数值分析 |
| 4.2.1 氩气流量对热应力的影响 |
| 4.2.2 氩气流量对氧含量的影响 |
| 4.3 晶体转速对单晶生长影响的数值分析 |
| 4.3.1 晶体转速对流场和温场的影响 |
| 4.3.2 晶体转速对氧含量的影响 |
| 4.4 坩埚转速对单晶生长影响的数值分析 |
| 4.4.1 坩埚转速对流场和温场的影响 |
| 4.4.2 坩埚转速对氧含量的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 400mm硅单晶制备及测试分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 晶体直径对固液影响的数值分析 |
| 5.3 晶体长度对流场和温场分布的数值分析 |
| 5.3.1 熔体流场和温场分布的数值分析 |
| 5.3.2 晶体内温场分布的数值分析 |
| 5.4 400mm直径硅单晶的制备 |
| 5.5 400mm单晶样片的电学性质和化学成分分析 |
| 5.5.1 电阻率分析 |
| 5.5.2 氧含量分析 |
| 5.6 400mm单晶样片的缺陷分析 |
| 5.6.1 流动图形缺陷的表征和分析 |
| 5.6.2 铜缀饰的表征与分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 磁场对450mm单晶生长的实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 热场设计 |
| 6.3 磁场拉晶工艺 |
| 6.3.1 磁场强度的计算 |
| 6.3.2 等高斯面的计算 |
| 6.4 450mm直径硅单晶的制备 |
| 6.5 450mm单晶样片的电学性质和化学成分分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论及创新点 |
| 7.1.1 主要结论 |
| 7.1.2 创新点 |
| 7.2 后续研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）单晶炉磁场对晶体生长影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 前言 |
| 主要符合表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 直拉法硅单晶的现状与趋势 |
| 1.1.1 直拉法硅单晶的现状与趋势 |
| 1.1.2 直拉法硅单晶的存在的问题 |
| 1.2 直拉法磁场的研究意义 |
| 1.3 直拉法磁场国内外现状 |
| 1.3.1 直拉法磁场分类 |
| 1.3.2 直拉法磁场的现状 |
| 1.3.3 直拉法磁场存在的问题 |
| 1.4 研究内容 |
| 2 坩埚内熔体对流及其磁场抑制的理论研究 |
| 2.1 坩埚内熔体对流的研究 |
| 2.1.1 坩埚内熔体对流的研究 |
| 2.1.2 坩埚内熔体对流的模拟分析 |
| 2.2 磁场抑制熔体对流的机理研究 |
| 2.2.1 磁场抑制熔体对流的基本原理 |
| 2.2.2 勾形磁场抑制熔体对流的机理研究 |
| 2.3 磁场下等效微重力环境的理论研究 |
| 2.3.1 等效微重力加速度与等效粘滞系数的研究 |
| 2.3.2 等效微重力加速度与磁场强度的研究 |
| 2.3.3 等效微重力环境下磁场参数的分析与确定 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 单晶炉磁场的设计与实验验证 |
| 3.1 横向磁场的设计 |
| 3.1.1 横向磁场结构及其工作原理 |
| 3.1.2 横向磁场的设计 |
| 3.2 横向磁场参数的实验验证 |
| 3.2.1 横向磁场装置的实现 |
| 3.2.2 横向磁场的实验验证 |
| 3.3 勾形磁场的设计 |
| 3.3.1 勾形磁场的结构及其工作原理 |
| 3.3.2 勾形磁场的设计 |
| 3.4 勾形磁场的实验验证 |
| 3.4.1 .勾形磁场装置的实现 |
| 3.4.2 勾形磁场的实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 新型低功耗勾形磁场的研究 |
| 4.1 新型磁屏蔽体的研究 |
| 4.1.1 新磁屏蔽体结构的研究 |
| 4.1.2 新磁屏蔽体磁场的特性研究 |
| 4.1.3 新磁屏蔽体结构的研究与设计 |
| 4.2 新型低功耗勾形磁场的研究 |
| 4.2.1 降低磁场功耗方法的研究 |
| 4.2.2 新型低功耗勾形磁场的特性研究 |
| 4.2.3 新型低功耗磁场结构设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 磁场的晶体生长实验验证 |
| 5.1 晶体氧含量测试原理与方法 |
| 5.1.1 晶体氧含量测试原理与方法 |
| 5.1.2 晶体氧含量测试仪器与过程 |
| 5.2 横向磁场的晶体生长实验验证 |
| 5.2.1 实验方案 |
| 5.2.2 实验结果与分析 |
| 5.3 勾形磁场晶体生长的实验验证 |
| 5.3.1 实验方案 |
| 5.3.2 实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
| 攻读博士学位期间申请的专利 |
| 攻读博士学位期间的获奖 |
（6）工艺参数对硅单晶直拉过程影响的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景、目的及意义 |
| 1.2 硅及硅单晶生长过程 |
| 1.2.1 硅的物理、化学及其半导体性质 |
| 1.2.2 硅单晶生长及其关键技术 |
| 1.2.3 硅单晶制备设备 |
| 1.3 硅单晶中的微缺陷 |
| 1.4 硅单晶生长数值模拟现状 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 第二章 有限元模型及CGSim软件 |
| 2.1 数值模拟方法及其物理模型 |
| 2.1.1 计算机仿真 |
| 2.1.2 数值模拟方法的选择 |
| 2.1.3 物理模型及其简化 |
| 2.2 方程离散化及有限元分析步骤 |
| 2.2.1 方程离散化 |
| 2.2.2 有限元分析步骤 |
| 2.3 CGSim软件简介及操作流程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 拉晶速度及高度对直拉硅单晶生长过程的影响 |
| 3.1 固-液界面及其影响 |
| 3.2 模拟的几何模型、方法与条件 |
| 3.2.1 几何模型 |
| 3.2.2 模拟方法与条件 |
| 3.3 模拟结果及分析 |
| 3.3.1 拉晶高度的影响 |
| 3.3.2 拉晶速度的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 氩气流速对直拉法硅单晶生长影响的模拟 |
| 4.1 硅单晶的缺陷 |
| 4.2 模拟方法及模拟条件 |
| 4.3 模拟结果及分析 |
| 4.3.1 拉晶高度的影响 |
| 4.3.2 氩气流速的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 拉速对直拉硅单晶中空洞分布的影响 |
| 5.1 CGSim中相关模型和空位、空洞分布规律 |
| 5.1.1 原生点缺陷的扩散与分布模型 |
| 5.1.2 空洞形核模型 |
| 5.1.3 空洞的生长和消融模型 |
| 5.1.4 空位和空洞的径向分布规律 |
| 5.2 模拟初始条件及参数 |
| 5.3 模拟结果及分析 |
| 5.3.1 三种拉晶速度下空洞分布的同一性 |
| 5.3.2 三种拉晶速度下空洞分布的差异性 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）杂质对直拉硅单晶中原生缺陷以及热处理诱生缺陷的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究的背景和意义 |
| 1.2 本研究的目的 |
| 1.3 本文的结构安排和内容提要 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 直拉硅单晶中的氧沉淀 |
| 2.2.1 氧沉淀的形核 |
| 2.2.2 氧沉淀的影响因素 |
| 2.2.3 氧沉淀的表征手段 |
| 2.3 快速热处理(RTP) |
| 2.3.1 RTP引入空位机理 |
| 2.3.2 RTP注入的空位浓度 |
| 2.3.3 RTP对氧沉淀影响 |
| 2.3.4 魔幻洁净区工艺 |
| 2.4 直拉硅中的空洞型缺陷 |
| 2.4.1 void缺陷的形核 |
| 2.4.2 原生缺陷形成理论 |
| 2.4.3 空洞型缺陷表征手段 |
| 2.4.4 掺杂剂对原生缺陷的影响 |
| 2.5 本文研究方向的提出 |
| 第三章 实验样品和研究方法 |
| 3.1 实验样品与制备 |
| 3.2 热处理设备 |
| 3.2.1 常规热处理炉 |
| 3.2.2 快速热处理炉(RTP) |
| 3.3 主要测试方法和测试设备 |
| 3.3.1 扫描红外显微镜(SIRM) |
| 3.3.2 四探针 |
| 3.3.3 透射电子显微镜 |
| 3.3.4 择优腐蚀和光学显微镜 |
| 第四章 热处理对重掺杂直拉硅单晶电学性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.2.1 实验样品 |
| 4.2.2 实验过程 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 原生重掺As硅片中掺杂剂的电活性 |
| 4.3.2 RTP热处理温度对N型重掺直拉硅电阻率的影响 |
| 4.3.3 重掺As硅单晶经低温热处理后电阻率的变化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 N型重掺杂直拉硅单晶中氧沉淀的低温形核研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 实验样品 |
| 5.2.2 实验方案 |
| 5.3 结果与分析 |
| 5.3.1 原生N型重掺直拉硅片中氧沉淀在300℃形核 |
| 5.3.2 1250℃RTP预处理对重掺As硅单晶中氧沉淀的影响 |
| 5.3.3 RTP温度对重掺N型直拉硅中氧沉淀的影响 |
| 5.3.4 重掺As和普通轻掺直拉硅中氧沉淀在300℃形核的异同 |
| 5.3.5 TEM研究重掺As硅单晶在300℃氧沉淀的形核 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 N型重掺直拉硅单晶中氧沉淀的形核机制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 实验样品 |
| 6.2.2 实验过程 |
| 6.2.3 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 6.3 结果讨论 |
| 6.3.1 实验结果 |
| 6.3.2 复合体结合能计算 |
| 6.3.3 掺杂原子和间隙氧原子对空位的捕获能力比较 |
| 6.3.4 氧沉淀形核模型 |
| 6.3.5 N型重掺直拉硅单晶中氧沉淀行为总结 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 掺杂对直拉硅单晶中空洞型缺陷的影响 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验 |
| 7.2.1 实验样品 |
| 7.2.2 实验过程 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 掺锗对原生缺陷的影响 |
| 7.3.2 重掺N型对直拉硅中空洞型缺陷的影响 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 总结 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
（8）平均空位径向扩散通量对直拉硅单晶空洞演化影响的相场模拟（论文提纲范文）
| 1 相场模型 |
| 1.1 系统自由能方程 |
| 1.2 动力学方程 |
| 2 模拟假设及初始条件 |
| 2.1 模拟假设 |
| 2.2 模拟初始条件 |
| 3 结果与分析 |
| 4 结论 |
（9）直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究的背景与意义 |
| 1.2 本研究的目的 |
| 1.3 本研究的结构安排 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 直拉硅单晶中的空洞型缺陷 |
| 2.2.1 空洞型缺陷概述 |
| 2.2.2 空洞型缺陷的形成 |
| 2.2.3 空洞型缺陷的控制和消除 |
| 2.3 直拉硅单晶中铜的基本性质 |
| 2.3.1 铜的扩散 |
| 2.3.2 铜的固溶度 |
| 2.3.3 铜在硅中的沉淀反应 |
| 第三章 实验样品和研究方法 |
| 3.1 实验样品和样品制备 |
| 3.1.1 实验样品：重掺、轻掺硅片,外延硅片 |
| 3.1.2 样品制备 |
| 3.2 研究方法 |
| 3.2.1 热处理设备-扩散热处理炉 |
| 3.2.2 测试方法与设备 |
| 第四章 显示重掺N型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀液 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.3 改良的Secco腐蚀液(0.1M K_2Cr_2O_7：40%HF=1：2)对重掺N型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀效果 |
| 4.4 CrO_3-HF-H_2O体系的腐蚀液对重掺N型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀效果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 显示重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀液 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.3 改良的Secco腐蚀液(0.0375M K_2Cr_2O_7：40%HF=1：2)对重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀效果 |
| 5.4 CrO_3-HF-H_2O体系的腐蚀液对重掺P型直拉硅单晶中空洞型缺陷的腐蚀效果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 一种显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的方法 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.3 铜沉淀结合择优腐蚀显示直拉硅单晶中的空洞型缺陷 |
| 6.3.1 多面体结构的铜沉淀 |
| 6.3.2 通过铜在不同硅片中不同的沉淀形貌来证明多面体结构的铜沉淀对应于空洞型缺陷 |
| 6.3.3 通过扫面红外显微镜(SIRM)或者扫描电子显微镜(SEM)观察多面体结构的沉淀 |
| 6.3.4 铜沉淀结合择优腐蚀显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的示意图 |
| 6.3.5 铜缀饰结合择优腐蚀显示和检测直拉硅片中空洞型缺陷的应用 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
（10）直拉硅单晶中微缺陷演变的相场模拟研究（论文提纲范文）
| 目录 |
| CONTENTS |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 立题背景、目的及意义 |
| 1.2 硅单晶生长及硅片热处理 |
| 1.2.1 硅单晶生长及其关键技术 |
| 1.2.2 硅片热处理 |
| 1.3 硅单晶中的微缺陷及其数值模型 |
| 1.3.1 硅单晶中缺陷的分类 |
| 1.3.2 原生点缺陷及其数值模拟 |
| 1.3.3 空洞缺陷及其相关模拟现状 |
| 1.3.4 氧缺陷及其相关模拟 |
| 1.4 硅单晶微缺陷的国内研究进展 |
| 1.5 本文技术路线和研究内容 |
| 1.5.1 技术路线 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 相场模型及其关键技术 |
| 2.1 相变及相变理论 |
| 2.2 相界面模型 |
| 2.3 系统自由能方程 |
| 2.4 相平衡及相变驱动 |
| 2.4.1 相平衡 |
| 2.4.2 相变驱动 |
| 2.4.3 相场模型构建过程 |
| 2.5 波动项的引入 |
| 2.6 网格划分及求解 |
| 2.6.1 网格划分 |
| 2.6.2 相场模型的求解 |
| 2.7 相场模型与有限元模型的耦合 |
| 2.8 模拟的相关假设 |
| 2.8.1 维度假设 |
| 2.8.2 材料假设 |
| 2.8.3 相场模拟假设 |
| 2.8.4 模拟结果分析假设 |
| 2.9 本章小结 |
| 第三章 直拉硅单晶生长过程中空洞演变的相场模型 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 空洞演变相场模型的建立 |
| 3.2.1 相参量的引入 |
| 3.2.2 系统自由能的构建 |
| 3.2.3 动力方程 |
| 3.2.4 形核率模型 |
| 3.2.5 无量纲处理 |
| 3.2.6 空洞演变相场模拟的基本流程 |
| 3.3 模型的模拟及其验证 |
| 3.3.1 模拟假设与模拟时的温度场 |
| 3.3.2 模拟区域及网格划分 |
| 3.3.3 模拟参数 |
| 3.3.4 点缺陷浓度对空洞演变的影响 |
| 3.3.5 拉晶速度对空洞演变的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 直拉硅单晶生长时微缺陷演变的多相场模拟 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 氧沉淀演变相场模型的建立 |
| 4.2.1 相参量的引入 |
| 4.2.2 系统自由能方程的构建 |
| 4.2.3 动力方程 |
| 4.3 空洞和氧沉淀演变相场模拟计算的基本流程 |
| 4.4 模型的模拟结果及其验证 |
| 4.4.1 纯间隙氧原子条件下的相场模拟 |
| 4.4.2 不同初始点缺陷浓度对微缺陷演变的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 直拉硅单晶生长过程中的微缺陷整体分布 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 相关实验及理论研究 |
| 5.3 研究方法及相关模型 |
| 5.3.1 研究方法 |
| 5.3.2 有限元模型 |
| 5.3.3 相场模型的改进 |
| 5.4 模拟条件及相关参数 |
| 5.4.1 有限元模拟初始条件 |
| 5.4.2 相场模拟初始条件 |
| 5.4.3 相场模型模拟尺度 |
| 5.5 模拟结果及分析 |
| 5.5.1 不同轴向高度处微缺陷的径向分布 |
| 5.5.2 拉晶速度对微缺陷径向分布的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 硅单晶热处理过程中微缺陷演变的相场模拟 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 硅单晶炉冷过程微缺陷演变 |
| 6.2.1 模拟假设 |
| 6.2.2 模拟初始条件 |
| 6.2.3 结果与分析 |
| 6.3 传统高-低-高三步退火 |
| 6.3.1 模拟方法及模拟条件 |
| 6.3.2 模拟结果及分析 |
| 6.3.3 模拟结果的验证 |
| 6.4 RTA退火 |
| 6.4.1 “内吸杂”结构的形成 |
| 6.4.2 模拟方法及模拟条件 |
| 6.4.3 模拟结果及分析 |
| 6.4.4 Ramping退火 |
| 6.5 中子辐照退火 |
| 6.5.1 辐照缺陷的研究方法 |
| 6.5.2 模拟方法和退火条件 |
| 6.5.3 模拟结果及分析 |
| 6.5.4 模型的验证 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要工作及创新性成果 |
| 7.2 进一步研究工作的建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的论文及参与的项目 |
| 附录 |
| 学位论文评闻及答辩情况表 |
四、直拉硅单晶中的流动图形缺陷（论文参考文献）
- [1]基于软测量建模的硅单晶品质预测控制[D]. 刘聪聪. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]大尺寸区熔单晶硅生长过程的数值模拟[D]. 郭亚葳. 北京有色金属研究总院, 2021(01)
- [3]直拉硅单晶的杂质工程:微量掺锗的效应[J]. 孙玉鑫,陈加和,余学功,马向阳,杨德仁. 中国科学:信息科学, 2019(04)
- [4]大直径硅单晶的制备与数值分析[D]. 滕冉. 北京有色金属研究总院, 2017(09)
- [5]单晶炉磁场对晶体生长影响的研究[D]. 安涛. 西安理工大学, 2014(01)
- [6]工艺参数对硅单晶直拉过程影响的数值模拟研究[D]. 于新友. 山东大学, 2014(04)
- [7]杂质对直拉硅单晶中原生缺陷以及热处理诱生缺陷的影响[D]. 张新鹏. 浙江大学, 2013(01)
- [8]平均空位径向扩散通量对直拉硅单晶空洞演化影响的相场模拟[J]. 张向宇,关小军,曾庆凯,潘忠奔,张怀金,王进. 徐州工程学院学报(自然科学版), 2013(02)
- [9]直拉硅单晶中空洞型缺陷的择优腐蚀[D]. 徐涛. 浙江大学, 2013(10)
- [10]直拉硅单晶中微缺陷演变的相场模拟研究[D]. 曾庆凯. 山东大学, 2012(05)