チェクラルスキー法による大口径品質単結晶作製の対流制御と最適育成条件探索

使用 Cechralski 方法进行大直径优质单晶生产的对流控制和最佳生长条件搜索

• 批准号: 03F03053
• 负责人: 川添 良幸
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F03053/
• 关键词: チョクラルスキー法; 結晶成長; マランゴニ法; 自然対流; 強制対流; 最適結晶作製条件; 対流制御; 数値シミュレーション; チョクラルスキー法; 結晶成長; マランゴニ法; 自然対流; 強制対流; 最適結晶作製条件; 対流制御; 数値シミュレーション

大型高品質単結晶育成方法は半導体産業の基盤をなす。そのなかでもチョクラルスキー法は最も重要な方法である。熱の物質の輸送現象をコントロールする技術的確立はデバイス用高品質結晶の作製から望まれている。従来、流体計算ではマランゴニ対流が無視されることが多かったが、近年、その影響が指摘されるようになってきた。本研究ではマランゴニ対流を通常の単結晶の引上げ法での融液の流体計算コード(finite volume method)に取り入れて、より高精度のシミュレーション手法を確立した。まず、宇宙実験などの微小重力下で観察されているマランゴニ対流を本シミュレーションコードで再現できるか確認した。次に本研究ではCo-Rotating Ring Czochralski(CRCZ)と呼ばれる新しい対流制御方法を研究対象に採り上げ、この対流制御方法に関して本シミュレーションコードを適用し、その対流制御能力を確認した。具体的にはマランゴニ対流の効果が通常の自然対流にどのように影響を与えるかを調べた。CRCZには種結晶の回転速度、炉の形状、炉の回転方法(回転速度とその方向)など様々な作製条件パラメーターが存在する。これらの作製条件において種結晶の成長速度、固液界面の平滑性、対流の安定性への影響について検討し、最適な単結晶作製条件の探索を進めている。また本研究で作成したプログラムコードをマイクロ引下げ法への応用も検討している。

种植大型高质量单晶的方法构成了半导体行业的基础。其中，Czochralsky方法是最重要的方法。在为设备的高质量晶体制造中，需要控制热材料的传输现象的技术建立。过去，在流体计算中，Marangoni对流经常被忽略，但是近年来，它已经越来越多地指出。在这项研究中，使用通常的单晶拉力方法将Marangoni对流纳入了熔体液的有限体积方法中，并建立了更高精确的模拟方法。首先，我们证实了该模拟代码是否可以在太空实验和其他区域中的微重力下观察到的Marangoni对流。接下来，在这项研究中，引入了一种新的对流控制方法，称为“共旋转环齿轮（CRCZ）”作为研究主题，并将此模拟代码应用于此对流控制方法，并确认了其对流控制能力。具体而言，我们研究了Marangoni对流的影响如何影响正常的自然对流。 CRCZ具有各种制造条件参数，例如种子晶体的旋转速度，炉子的形状以及旋转炉子的方法（旋转速度及其方向）。在这些制造条件下，研究了对种子晶体生长速率，固液界面的平滑度和对流稳定性的影响，并研究了最佳的单晶制备条件。我们还考虑了本研究中创建的程序代码应用于微型下拉方法的应用。