Удосконалення технології вирощування зливків кремнію з рівномірним розподілом кисню - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукОднак питання, які стосуються механізму розподілу кисню у зливках великого діаметра та впливу технологічних параметрів вирощування на розподіл кисню у зливках, ще слабо вивчені. Для вирішення задач оптимізації технології вирощування зливків необхідно визначити механізм впровадження і розподілу кисню у зливках кремнію великого діаметра, оцінити вплив на цей механізм технологічних параметрів (швидкість вирощування зливка, частота обертання тигля). Таким чином, суть наукової задачі полягає в удосконаленні технології вирощування зливків з рівномірним розподілом кисню на основі наукового обґрунтування впливу технологічних процесів на механізм розподілу кисню у зливках, науковому обґрунтуванні апаратурних рішень. Метою дослідження було комплексне експериментальне вивчення процесів впровадження і розподілу кисню у зливках; наукове обґрунтування відповідних методик, алгоритмів та апаратурних рішень для контролю технологічних параметрів вирощування зливків; вивчення впливу на цей процес технологічних параметрів; наукове визначення оптимальних параметрів технологічних процесів вирощування зливків великого діаметра, що містять задану концентрацію кисню, рівномірного розподіленого по довжині. Визначено оптимальні послідовності технологічних процесів та параметри вирощування зливків із заданою концентрацією кисню та нерівномірністю його розподілу по довжині монокристалу, що не перевищує см-3 (частота обертання зливка - 19 ± 0,5 об/хв; швидкість вирощування зливка - 4 ± 1 мм/хв для стадії затравлення, 0,4 ± 0,1 мм/хв для стадії розширення, 1,2± 0,3 мм/хв для стадії вирощування циліндра; частота обертання тигля - 15 ± 0,5 об/хв на стадії затравлення; зниження частоти обертання до 4 ± 0,1 об/хв на стадії розширення, підтримання цієї частоти до довжини зливка 200 мм, поступове підняття з 4 до 8 ± 0,1 об/хв до кінця вирощування циліндричної частини).Показано, що основним джерелом надходження кисню у кремній є кварцовий тигель, від швидкості розчинення якого залежить концентрація кисню у зливку кремнію. Математична модель (1), яка описує процес надходження кисню в розплав та враховує випаровування кисню з розплаву кремнію, потребує уточнення граничних умов і одержання залежності концентрації кисню від довжини зливка, його діаметра та діаметра тигля: , (1) де рівноважний коефіцієнт розподілу; вихідна концентрація кисню у розплаві; g - частка закристалізованого розплаву, яка дорівнює відношенню маси витягнутого зливка до загальної маси розплаву і зливка; час, необхідний для повного витягування при сталій швидкості; стала часу випаровування; час до початку витягування, протягом якого відбувається випаровування кисню; швидкість переходу кисню у розплав з 1 см2 поверхні контакту тигля з розплавом; площа контакту розплаву з тиглем у початковий момент часу; обєм розплаву; площа контакту розплаву з тиглем, яка відповідає долі витягнутого розплаву, рівній ; Аналіз показав, що концентрація кисню визначається ефективним коефіцієнтом розподілу: ,(3) де швидкість вирощування зливка; см/сек; d - товщина дифузійного шару, см; коефіцієнт дифузії кисню у розплаві, см2/сек, рівний 4,8 * 10-4 см2/сек. Основними причинами, які викликають флуктуації концентрації кисню у зливку, є: коливання швидкості росту, температури і частоти обертання тигля. Проведений аналіз показав, що основними параметрами технологічного процесу, керуючи якими можна забезпечити рівномірність розподілу кисню у зливку кремнію, є частота обертання тигля та швидкість вирощування зливка.Враховуючи, що технологічні процеси вирощування зливків кремнію з розплаву на затравку відрізняються складністю і багатопараметричністю, система, яка забезпечує програмування зміни технологічних параметрів, має керувати апаратурним комплексом, що містить: керування температурою нагрівача, керування швидкістю вирощування зливка, керування швидкістю підняття тигля, керування частотою обертання зливка, керування частотою обертання тигля. Функційно вона складається з таких підсистем: підсистеми керування, що обчислює швидкість вирощування, швидкість підняття тигля, частоту обертання тигля, частоту обертання зливка, знання виконавчими пристроями. Окрім задачі керування концентрацією кисню, АВЗ реалізує такі задачі, як: високоточне вимірювання діаметра зростаючого зливка за допомогою телевізійного методу; позиціонування тигля з розплавом перед початком кожного процесу і стабілізація положення рівня на цій позначці протягом всього процесу вирощування; регулювання температури розплаву, швидкості витягування й діаметра кристалу по ходу процесу згідно із заданими функціями їх зміни по довжині кристалу.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ