چرا کوره تک کریستال میدان مغناطیسی می تواند کیفیت تک کریستال را بهبود بخشد

از آنجایی کهبوتهبه عنوان ظرف استفاده می شود و در داخل همرفت وجود دارد، با افزایش اندازه تک کریستال تولید شده، کنترل همرفت گرما و یکنواختی گرادیان دما دشوارتر می شود. با افزودن میدان مغناطیسی برای ایجاد اثر مذاب رسانا بر روی نیروی لورنتس، همرفت می‌تواند کاهش یا حتی حذف شود تا سیلیکون تک کریستالی با کیفیت بالا تولید شود.
با توجه به نوع میدان مغناطیسی، می توان آن را به میدان مغناطیسی افقی، میدان مغناطیسی عمودی و میدان مغناطیسی CUSP تقسیم کرد:

میدان مغناطیسی عمودی به دلایل ساختاری نمی تواند همرفت اصلی را از بین ببرد و به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

جهت مولفه میدان مغناطیسی میدان مغناطیسی افقی عمود بر همرفت حرارتی اصلی و جابجایی اجباری جزئی دیواره بوته است، که می تواند به طور موثری حرکت را مهار کند، صافی سطح مشترک رشد را حفظ کند و نوارهای رشد را کاهش دهد.

میدان مغناطیسی CUSP به دلیل تقارن دارای جریان یکنواخت و انتقال حرارت مذاب است، بنابراین تحقیقات در زمینه میدان مغناطیسی عمودی و CUSP دست به دست هم داده است.

در چین، دانشگاه صنعتی شیان آزمایش‌های تولید و کشیدن کریستال تک بلورهای سیلیکونی را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی زودتر محقق کرده است. محصولات اصلی آن انواع محبوب 6-8 اینچی هستند که در بازار ویفر سیلیکونی سلول های فتوولتائیک خورشیدی هدف قرار می گیرند. در کشورهای خارجی مانند KAYEX در ایالات متحده و CGS در آلمان، محصولات اصلی آنها 8-16 اینچ است که برای میله های سیلیکونی تک کریستال در سطح مدارهای مجتمع و نیمه هادی های فوق العاده بزرگ مناسب است. آنها در زمینه میدان های مغناطیسی برای رشد تک بلورهای با کیفیت با قطر بزرگ انحصار دارند و نماینده ترین آنها هستند.

توزیع میدان مغناطیسی در ناحیه بوته سیستم رشد تک بلور مهمترین بخش آهنربا است، از جمله قدرت و یکنواختی میدان مغناطیسی در لبه بوته، مرکز بوته و قسمت مناسب. فاصله زیر سطح مایع میدان مغناطیسی عرضی کلی افقی و یکنواخت، خطوط مغناطیسی نیرو بر محور رشد کریستال عمود هستند. با توجه به اثر مغناطیسی و قانون آمپر، سیم پیچ به لبه بوته نزدیک ترین است و شدت میدان بزرگترین است. با افزایش فاصله، مقاومت مغناطیسی هوا افزایش می یابد، شدت میدان به تدریج کاهش می یابد و در مرکز کوچکترین است.

نقش میدان مغناطیسی ابررسانا
مهار همرفت حرارتی: در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، سیلیکون مذاب باعث ایجاد همرفت طبیعی در حین گرم شدن می شود که ممکن است منجر به توزیع نابرابر ناخالصی ها و تشکیل عیوب کریستالی شود. میدان مغناطیسی خارجی می تواند این همرفت را سرکوب کند و توزیع دمای داخل مذاب را یکنواخت تر کند و توزیع ناهموار ناخالصی ها را کاهش دهد.
کنترل سرعت رشد کریستال: میدان مغناطیسی می تواند بر سرعت و جهت رشد کریستال تاثیر بگذارد. با کنترل دقیق قدرت و توزیع میدان مغناطیسی، می توان فرآیند رشد کریستال را بهینه کرد و یکپارچگی و یکنواختی کریستال را بهبود بخشید. در طول رشد سیلیکون تک کریستالی، اکسیژن عمدتاً از طریق حرکت نسبی مذاب و بوته وارد مذاب سیلیکون می شود. میدان مغناطیسی با کاهش همرفت مذاب، احتمال تماس اکسیژن با مذاب سیلیکون را کاهش می دهد و در نتیجه انحلال اکسیژن را کاهش می دهد. در برخی موارد، میدان مغناطیسی خارجی می تواند شرایط ترمودینامیکی مذاب را تغییر دهد، مانند تغییر کشش سطحی مذاب، که ممکن است به تبخیر شدن اکسیژن کمک کند و در نتیجه محتوای اکسیژن در مذاب را کاهش دهد.

کاهش انحلال اکسیژن و سایر ناخالصی ها: اکسیژن یکی از ناخالصی های رایج در رشد کریستال های سیلیکون است که باعث افت کیفیت کریستال می شود. میدان مغناطیسی می تواند محتوای اکسیژن موجود در مذاب را کاهش دهد، در نتیجه انحلال اکسیژن در کریستال را کاهش داده و خلوص کریستال را بهبود می بخشد.
بهبود ساختار داخلی کریستال: میدان مغناطیسی می تواند بر ساختار نقص داخل کریستال مانند نابجایی ها و مرزهای دانه تأثیر بگذارد. با کاهش تعداد این عیوب و تأثیر بر توزیع آنها می توان کیفیت کلی کریستال را بهبود بخشید.
بهبود خواص الکتریکی کریستال‌ها: از آنجایی که میدان‌های مغناطیسی در طول رشد کریستال تأثیر قابل‌توجهی بر ریزساختار دارند، می‌توانند خواص الکتریکی کریستال‌ها مانند مقاومت و طول عمر حامل را که برای ساخت دستگاه‌های نیمه‌رسانا با کارایی بالا بسیار مهم هستند، بهبود بخشند.

از هر مشتری از سرتاسر جهان استقبال کنید تا برای بحث بیشتر از ما دیدن کنند!

https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/