【儀表網 研發快訊】300mm大硅片是集成電路制造不可或缺的基礎材料，對整個集成電路產業的發展起著關鍵支撐作用。針對我國集成電路制造行業對低氧高阻、近零缺陷等硅片產品的迫切需求，亟需解決大直徑、高質量硅單晶晶體生長技術中的氧雜質輸運、晶體缺陷調控等基礎科學問題，進而開發大直徑單晶晶體生長技術，實現特定的晶體雜質、缺陷的人工調控，滿足射頻、存儲等領域的應用需求。
近日，中科院微系統所魏星研究員團隊，在300mm晶體生長的數值模擬研究領域取得重要進展。該團隊自主開發了耦合橫向磁場的三維晶體生長傳熱傳質模型，并首次揭示了晶體感應電流對硅熔體內對流和傳熱傳質的影響機制，相關成果于2023年05月以 “Effects of induced current in crystal on melt flow and melt-crystal interface during industrial 300 mm Czochralski silicon crystal growth with transverse magnetic field”為題，發表在美國化學會旗下晶體學領域的旗艦期刊《Crystal growth & design》上。
在本工作中，通過對比三組仿真結果，系統的分析了晶體電導率、磁場強度、晶轉速率這三個關鍵參數對晶體內感應電流的影響，進而分析了其對熔體對流、溫度分布和界面形狀的影響。結合實驗數據，模型準確性得以驗證，并預測了建模所需的合理的晶體電導率。研究結果表明，當晶體中感應電流增加時，界面下強制對流的驅動力逐漸從離心力轉變為洛倫茲力，并改變強制對流的旋轉方向，從而影響固液界面形狀。這項研究彌補了傳統模型的忽略晶體感應電流的不足，首次系統地揭示了晶轉引起的感應電流以及關鍵工藝參數對傳熱傳質、固液界面等的影響，大大提高了仿真結果的準確性，為近零缺陷硅片產品晶體生長技術的優化提供了理論支撐。
中科院上海微系統所陳松松助理研究員為文章的第一作者，魏星研究員為通訊作者。
中國科學院上海微系統與信息技術研究所原名中國科學院上海冶金研究所，前身是成立于1928年的國立中央研究院工程研究所，是中國最早的工學研究機構之一。中國科學院上海微系統與信息技術研究所學科領域為：電子科學與技術、信息與通信工程；學科方向為微小衛星、無線傳感網絡、未來移動通信、微系統技術、信息功能材料與器件。
中國科學院上海微系統與信息技術研究所原名中國科學院上海冶金研究所，前身是成立于1928年的國立中央研究院工程研究所，是中國最早的工學研究機構之一。中國科學院上海微系統與信息技術研究所學科領域為：電子科學與技術、信息與通信工程；學科方向為微小衛星、無線傳感網絡、未來移動通信、微系統技術、信息功能材料與器件。
圖 1 模型示意圖
圖2 (a)晶體感應電流，(b)強制對流驅動力示意圖和熔體自由液面溫場、流場分布圖
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