基于FEMAG-CZ热场仿真软件的单晶炉热场分析

计算机光盘软件与应用2011年第17期Computer CD Software and Applications工程技术基于 FEMAG-CZ热场仿真软件的单晶炉热场分析庆2,张婷曼(1西安理工晶体科技有限公司,西安710072西安理工大学,西安710048;3.延安大学西安创新学院,西安710100)摘要:基于 FEMAGSoft公司的EMAG-C乙热场仿真软件具有模拟提拉法生长单晶体的热场仿真功能,提岀使用温度梯度分析热场,通过仿真诬明热场设计合理,满足生长单晶棒的要求关健词:EMAG-CZ热场仿真软件;温度梯度;仿真中图分类号:TN304.053文献标识码:A文章编号:1007-9599(2011)17-0065-02Single Crystal Furnace Thermal FieldAnalysis on FEMAG-CZ Thermal Field Simulation SoftwareWang Qing", Zhang Tingman1. Xi'an Institute of Crystal Technology Co, Ltd. Xi'an 710077, China; 2. Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China3.Xi'an Innovation College of Yan'an University, Xi'an 710100, China)Abstract: FEMAGSoft company EMAG-CZ thermal field simulation software with a single crystal Czochralski methodsimulation of thermal field simulation, made using the temperature gradient thermal field, thermal field through the simulation showsdesigned to meet the growth requirements of single-crystal rodsKeywords: EMAG-CZ thermal field simulation software; Temperature gradient; SimulationFEMAG-Z热场仿真软件简介FEMAG-CZ是总部设在比利时 Louvain-1a- Neuve的 FEMAGSoftlevtertacn Ionian开发,该软件以高科技软件代码为内核的模拟提拉法生长单晶体的软件,其在晶体生长领域具有全球领导者地位,且界面友好具有很好的兼容性。二、 FEMAG-CZ热场仿真软件的主要功能(一)热传递分析热传递模拟分析主要考虑:炉内的辐射和传导、熔体对流和图3不同埚转固液界面形状炉内气体流量分析3=(二)热应力分析一般情况下,晶体位错的产生与晶体生长过程中热应力的变化有着密切的关系。该软件可以进行三维的非轴对称和非各向同性温度场热应力分析计算,可以提出对晶体总的剪切力预估。“位”的产生是由于在晶体生长过程中,热剪应力超越临界水平被称为CRSS(临界分剪应力),而导致的塑性变形。图1为不同图4不同埚转固液界位置晶相的CRSS图在拉晶的过程中准确预测固液界面同样是一个关键问题。对于不同的坩埚旋转速度和不同的提拉高度,其固液界面是不同的。如图3、图4所示在三种不同坩埚旋转速度下界面形状(黑白)8rpm时,(蓝色)10rpm时,(红色)12RPM时)晶体顶端在不同位置时的界面形状(六)加热器功率预测图1不同晶相CRSS图(三)点缺陷预报1图2中左图为自裂缝点缺陷分布图中间为空缺点缺陷分布图图5加热功率预测右图为带有自裂缝和空缺点缺陷的分布图利用软件动态仿真反算加热功率对于生长合格晶体也是非常该软件可以预知在晶体生长过程中的点缺陷(自裂缝和空必要的。如图5可以容易的看出整个拉晶过程中功率的变化。缺),该仿真可以很好的预测在晶体生长过程中点缺陷的分部。(七)绘制温度梯度(四)动态仿真动态仿真提供了对复杂几何形状对于时间演变的预测。该预测把发生在晶体生长和冷却过程中所有瞬时的影响因素都考虑在内。为了准确地预报晶体点缺陷和氧分,布动态仿真尤其是不可中国煤化工或缺的。CNMHG(五)固液界面跟踪图6不同埚转下温度梯度曲线计算机光盘软件与应用工程技术Computer CD Software and Applications2011年第17期通过仿真,固液交界面的温度梯度可以很方便的计算出来。中释放的结晶潜热以及溶体传导给晶体的热量带走,这样才能增这一结果对于理论缺陷的预报是非常有用的。晶体生长过程中三大固液界面处的过冷度,为硅单晶的生长提供足够的生长动力,种不同坩埚旋转速度下温度梯度曲线如图6。使得硅单晶处于一个较高的速度下生长,从而提高生产效率。在三、使用温度梯度分析热场固液界面处的纵向温度梯度不是过于大,这样抑制了大量微缺陷在直拉法生长硅单晶的过程中,硅单晶生长的成功与否以及的产生,以及不规则晶核的生长,从而提高了硅单晶的品质,大质量的高低是由热场的温度分布决定的。温度分布合适的热场大减少了变晶的概率。固液界面的形状微微凹向液体,这说明在不仅硅单晶生长顺利,而且品质较高:如果热场的温度分布不是固液界面处的径向温度梯度为负值,但是基本处于一个较为平坦很合理,生长硅单晶的过程中容易产生各种缺陷,影响质量,情的状况,从而保障了晶体的正常生长,以及杂质在径向的均匀分况严重的出现变晶现象生长不出来单晶。因此在投资硅单晶生长布。由于在本次模拟分析中氩气的进气量设置不是非常合理,使企业的前期,一定要根据生长设备,配置出最合理的热场,从而得氬气对液面的切压力不足,导致溶体内部对流情况的改变,对保证生产出来的硅单晶的品质固液界面的径向温度梯度带来一定的影响。在直拉硅单晶生长工艺中,一般采用温度梯度来描述热场的温度分布情况,其中在固液界面处的温度梯度最为关键。(一)温度梯度分析图对实验热场进行分析,具体情况如下图9热场内部的温度梯度图9显示了热场内部的温度梯度的大小以及方向(包括溶图7实验热场分析体)。可以明显的看到晶体的散热、溶体的热对流、固液界面结图7的实验热场生长10英寸硅单晶。鉴于热场的温度在等直晶潜热和溶体热传导的情况。径生长的300m内变化比较大,因此,对300mm时刻进行准稳态四、分析仿真结果并设定合理生长曲线温度梯度的模拟分析。按照如上分析结果,只要在程序中严格按照晶体生长工艺要求控制气体流量,依照仿真结果合理设计单晶炉的机械结构,在拉晶过程中以仿真结果设定合理的理论拉晶曲线,那么在实际生产中是完全可以生长出合格的单晶棒参考文献M李兵CZ150直拉单晶炉热场控制系统的研究D淅江大学硕士学位论文,2006[2 Maruyama S A Three-dimension numerical method based on图8准稳态温度梯度的模拟分析he superposition principle 1993图8为准稳态温度梯度的模拟分析结果。其中温度根据颜色阝3英BR潘普林主编刘如水沈德中张红武戚立昌译晶体的从暖到冷的变化而降低生长北京:中国建筑出版社,1981从图中可以发现固液界面的温度梯度基本处于一个合理的分[4PVA TEPLA The Crystal Growing Systems Division. Be布。晶体的纵向温度梯度比较大,这样才能够将硅单晶生长过程 Equipped for Tomorro-w’ sMaterial.2006,18-23(上接第67页)通过实验表明,用户编排的小故事越是离奇越是不符合逻辑则户从系统提供的36幅候选图像中选定图1中的4幅图像作为密越是容易被用户记住。如何编排容易记住的小故事可能需要用户有码,并采用从左到右的顺序列。选择这4幅图像的原因是用户已一个学习和熟悉的过程。在记住小故事的前提下,用户很容易还原经根据这些图像的内容编排了一个小故事:我乘坐高速列车穿越自己全部的密码图像及排列顺序。根据安全强度的要求不同,用户时空隧道来到古埃及,发现我的手机竞然还可以收到信号。这样还可以增加编排小故事的内容来设定更多幅图像作为密码以提高用户只需记住这个小故事,在身份认证的时候,根据这个小故事安全强度。与此同时,用户的记忆负担并没有显著的升高从36幅展示图像中按顺序找出图1中的4幅图像,按要求完成认四、可用性分析证即可。难以记住随机文字列密码,所以用户使用“有一定意义”文字列来进行辅助记忆。用生日、人名或电话号码等来进行辅助记忆的情况下,会有易被猜测,安全性低的问题存在。用户同样难以记住随机图像密码,用户可以使用故事记忆法来进行辅助记忆。由于用来辅助记忆的故事是用户根据候选图像随机编排的所以很难被猜测,对于猜测攻击有相当强的防御强度。图像密码的故事记忆法是由用户自己编排故事来关联自己选定的密码图像,在记住密码图像的同时还可以记住密码的顺序。因为是自己编排的故事,所以很容易记住。即使在记不清楚的情况下,在身份认证时,通过展示图像也可以较容易的想起自己编排的故事来完成认证。五、结语本文提出的图像密码的故事记忆法利用回忆和识别相结合的方法来记住密码,在不降低安全性的前提下,有效地减轻了用户使用图像密码的记忆负担参考文献:1]徐强,徐婷,吴瑞中国煤化工认证方案图1密码图像及顺序计算机光盘软件与应THgCNMHG