Dacrogioloviene utilizzato come contenitore e all'interno c'è convezione, poiché la dimensione del singolo cristallo generato aumenta, la convezione del calore e l'uniformità del gradiente di temperatura diventano più difficili da controllare. Aggiungendo un campo magnetico per far sì che la fusione conduttiva agisca sulla forza di Lorentz, la convezione può essere rallentata o addirittura eliminata per produrre silicio monocristallino di alta qualità.
A seconda del tipo di campo magnetico, può essere suddiviso in campo magnetico orizzontale, campo magnetico verticale e campo magnetico CUSP:
Il campo magnetico verticale non può eliminare la convezione principale per ragioni strutturali e viene utilizzato raramente.
La direzione della componente del campo magnetico orizzontale è perpendicolare alla convezione termica principale e alla convezione forzata parziale della parete del crogiolo, che può inibire efficacemente il movimento, mantenere la planarità dell'interfaccia di crescita e ridurre le strisce di crescita.
Il campo magnetico CUSP ha un flusso e un trasferimento di calore della massa fusa più uniformi grazie alla sua simmetria, quindi la ricerca sui campi magnetici verticali e CUSP è andata di pari passo.
In Cina, l'Università di Tecnologia di Xi'an ha realizzato in precedenza la produzione e gli esperimenti di estrazione dei cristalli di singoli cristalli di silicio utilizzando campi magnetici. I suoi prodotti principali sono tipi popolari da 6-8 pollici, destinati al mercato dei wafer di silicio per celle solari fotovoltaiche. In paesi stranieri, come KAYEX negli Stati Uniti e CGS in Germania, i loro prodotti principali sono 8-16 pollici, adatti per barre di silicio monocristallino a livello di circuiti integrati e semiconduttori su larga scala. Hanno il monopolio nel campo dei campi magnetici per la crescita di cristalli singoli di alta qualità e di grande diametro e sono i più rappresentativi.
La distribuzione del campo magnetico nell'area del crogiolo del sistema di crescita a cristallo singolo è la parte più critica del magnete, compresa la forza e l'uniformità del campo magnetico sul bordo del crogiolo, al centro del crogiolo e all'appropriato distanza sotto la superficie del liquido. Il campo magnetico trasversale orizzontale e uniforme complessivo, le linee di forza magnetiche sono perpendicolari all'asse di crescita del cristallo. Secondo l'effetto magnetico e la legge di Ampere, la bobina è più vicina al bordo del crogiolo e l'intensità del campo è massima. All'aumentare della distanza, aumenta la resistenza magnetica dell'aria, l'intensità del campo diminuisce gradualmente ed è più piccola al centro.
Il ruolo del campo magnetico superconduttore
Inibizione della convezione termica: in assenza di un campo magnetico esterno, il silicio fuso produrrà una convezione naturale durante il riscaldamento, che potrebbe portare a una distribuzione non uniforme delle impurità e alla formazione di difetti cristallini. Il campo magnetico esterno può sopprimere questa convezione, rendendo più uniforme la distribuzione della temperatura all'interno della massa fusa e riducendo la distribuzione irregolare delle impurità.
Controllo del tasso di crescita dei cristalli: il campo magnetico può influenzare la velocità e la direzione della crescita dei cristalli. Controllando con precisione l'intensità e la distribuzione del campo magnetico, è possibile ottimizzare il processo di crescita dei cristalli e migliorare l'integrità e l'uniformità del cristallo. Durante la crescita del silicio monocristallino, l'ossigeno entra nella massa fusa del silicio principalmente attraverso il movimento relativo della massa fusa e del crogiolo. Il campo magnetico riduce la possibilità che l'ossigeno entri in contatto con la massa fusa di silicio riducendo la convezione della massa fusa, riducendo così la dissoluzione dell'ossigeno. In alcuni casi, il campo magnetico esterno può modificare le condizioni termodinamiche della massa fusa, ad esempio modificando la tensione superficiale della massa fusa, che può favorire la volatilizzazione dell'ossigeno, riducendo così il contenuto di ossigeno nella massa fusa.
Ridurre la dissoluzione dell'ossigeno e di altre impurità: l'ossigeno è una delle impurità comuni nella crescita dei cristalli di silicio, che causerà il deterioramento della qualità del cristallo. Il campo magnetico può ridurre il contenuto di ossigeno nella massa fusa, riducendo così la dissoluzione dell'ossigeno nel cristallo e migliorando la purezza del cristallo.
Migliora la struttura interna del cristallo: il campo magnetico può influenzare la struttura dei difetti all'interno del cristallo, come dislocazioni e bordi dei grani. Riducendo il numero di questi difetti e influenzandone la distribuzione, è possibile migliorare la qualità complessiva del cristallo.
Miglioramento delle proprietà elettriche dei cristalli: poiché i campi magnetici hanno un effetto significativo sulla microstruttura durante la crescita dei cristalli, possono migliorare le proprietà elettriche dei cristalli, come la resistività e la durata del portatore, che sono cruciali per la produzione di dispositivi a semiconduttore ad alte prestazioni.
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Orario di pubblicazione: 24 luglio 2024