Ф400mm直拉硅单晶生长过程中氧浓度对微缺陷影响的数值模拟

针对大直径直拉硅的微缺陷控制问题,模拟研究了初始氧浓度对于直径400 mm直拉硅单晶生长过程中原生点缺陷、空洞和氧沉淀演变规律。结果表明:晶体生长过程中氧沉淀和空洞的浓度及尺寸受晶体所经历的热历史和初始氧浓度的共同影响。当温度降低时,氧沉淀和空洞浓度降低,空洞尺寸增大,氧沉淀尺寸随初始氧浓度不同变化规律相异。在较低初始氧浓度时,随温度降低氧沉淀尺寸减小,在较高氧浓度时,氧沉淀尺寸增加。在相同热条件下,高温时,随初始氧浓度增加,空洞浓度先降低后升高,随后又继续降低;低温时,空洞浓度先不变后降低。     

直拉单晶硅生长时空洞演化的相场模拟

为研究大直径直拉硅生长时空洞的演化规律,建立了与有限元模型所模拟的晶体生长温度场相结合的空洞演化相场模型,并应用该模型模拟研究了空洞形貌及其分布状态的变化过程以及不同初始点缺陷浓度对空洞演化的影响规律.结果表明:直拉硅单晶生长过程中,空洞的演化经历了孕育-形核-长大-稳定四个阶段,其形貌和分布状态亦由孤立的球形向偏聚的串珠形转变;与较低的点缺陷浓度相比,初始点缺陷浓度较高时,空洞的数目、平均尺寸、面积分数普遍较大,孕育阶段缩短、形核和长大阶段延长;空洞的偏聚及合并、长大的现象显著;当温度低于980 K时,大直径的空洞数目不再增加.     

直拉硅单晶中双空洞长大动力学的相场模拟

为了研究硅单晶直拉法生长过程中双空洞的长大动力学以及空洞间的相互作用机理,采用已建立的空洞演化的相场模型及其应用程序,模拟研究了直拉硅单晶生长过程中双空洞演化和相关因素的影响规律.结果表明:所建相场模型能够有效地模拟基体中空位扩散和双空洞长大的过程;双空洞长大趋势随着模拟时间和初始空位浓度的增强而加强;随着空洞初始中心间距的增加和初始空位浓度的减小,双空洞长大由相互融合模式转变为独立长大模式.     

泡沫镍衬底上生长二氧化锡纳米线的生长行为及光致发光性能研究

采用热蒸发法,在镀有Au(金)的多孔泡沫镍基底上生长了SnO2纳米线,生长温度分别为750℃、800℃和850℃,分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了生长温度对纳米线生长行为的影响,采用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了样品的元素结合态,采用荧光光谱仪研究了样品的室温光致发光(PL)性能.结果证明,生长温度对SnO2纳米线形貌、尺寸、密度等形态学特征影响显著.在750℃下,SnO2为颗粒状;800℃生成了较高密度的SnO2纳米线,且随温度升高纳米线产量增加、直径显著增大;在850℃下其直径增大至微米级.对室温光致发光性能的研究发现,随生长温度升高,在SnO2产量增加和氧缺陷浓度的提高的共同作用下,导致其发光性能随之显著提高.     

定拉速生长对φ300 mm直拉硅单晶生长影响分析

作为集成电路制备的衬底材料,对硅单晶的均匀性以及微缺陷的尺寸、密度要求极高.传统直拉法生长硅单晶过程中,通过拉速变化控制晶体直径,因此拉速始终处于波动状态.恒定拉速对晶体均匀性及缺陷密度、尺寸的影响研究较少.本研究实现了在35±0.7 mm/h的拉速范围内生长出直径300 mm硅单晶,对晶体片间和片内电阻率分布以及FPD缺陷分布进行了检测,结果显示,在更小拉速波动阶段,晶体的电阻率均匀性得到改善,FPD缺陷密度降低.     

聚乙二醇用于注凝成型ZrO2坯体干燥研究

研究了注凝成型ZrO2坯体在聚乙二醇(PEG)溶液中的干燥过程,结果证明,随着PEG溶液浓度的增加,坯体脱水速度加快,平衡时残余水分降低;坯体固相含量越低,在PEG溶液中的脱水速度越快,干燥时间越短;随坯体尺寸增加,脱永速度降低,平衡时残余水分增高;注凝成型ZrO2坯体先在PEG溶液中脱水至平衡状态,再放置到空气中干燥,可以避免变形、开裂等缺陷的产生.     

超临界CO2GAS沉析HMX过程的颗粒形貌控制

文章研究了超临界CO2GAS沉析HMX丙酮溶液过程的颗粒形貌控制.研究结果表明,GAS过程中不同的膨胀方式,可以得到不同的沉析颗粒大小和尺寸分布.当溶液持续膨胀时,得到多种粒度尺寸的颗粒,尺寸分布宽;当溶液从开始到5.0MPa,维持20s后再上升到10.0MPa分段膨胀时,得到平均粒度在3.1μm和9.5μm分段的颗粒尺寸和分布.快速膨胀溶液,可以在短时间内产生高过饱和度,根据吉普斯自由能理论,当溶液的过饱和度主要消耗在成核过程时,可以得到平均颗粒度为5. 2μm、粒度分布比较窄的HMX颗粒,降低溶液初始浓度,可得到更小的颗粒.溶液的初始浓度增加,在相同膨胀度的情况下,单位体积内新相颗粒密度增加,使颗粒增长比较明显.GAS过程中,温度对过饱和度的影响相对比较小,与传统的结晶过程一样,温度是影响晶形的主要因素,当操作温度超过50℃或增压膨胀、沉析结晶放热引起的局部温度过高时,都会产生α-HMX,适当搅拌可以防止局部过热以防止α-HMX产生.     

热压烧结对Al2(1-x)MgxTi1+xO5-δ致密性和结构缺陷的影响

以α-Al2O3、锐钛矿型TiO2、MgO为原料,按照名义组成Al2(1-x)MgxTi1+xO5(x=0～0.25)配料,Ar气氛下,1350～ 1550℃热压烧结制备Al2(1-x)MgxTi1+xO5-δ陶瓷.通过XRD、热重分析研究了烧结温度、MgO添加剂对钛酸铝材料致密性和存在的结构缺陷-氧空位的影响,并对机理进行了探讨.实验表明:MgO添加剂对陶瓷的致密性和氧空位浓度的大小无明显的影响;热压烧结温度的升高有利于δ的增加,1350℃时的0.025增加至1550C时的0.058.     

直流磁控溅射工艺对ZnO薄膜结构影响的研究

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物材料,是一种很有潜力的短波长光电器件材料.当ZnO薄膜具有良好的c轴取向和晶格结构时,可得到优良的光电性能比如紫外光受激发射.本实验用XRD和SEM研究了工艺条件如基片温度、氩氧比及退火工艺对ZnO薄膜结构特性的影响.结果表明在基片温度250℃、氩氧比为1∶4的条件下,可得到结晶质量良好的ZnO薄膜;通过退火可以使薄膜应力得到驰豫,降低缺陷浓度,改善薄膜的结构特性.本实验采用直流磁控溅射的方法,最终在(100)硅衬底基片上制备出了高c轴取向、晶粒尺寸约70nm的ZnO薄膜.     

CVD金刚石薄膜表面的缺陷研究

用SEM方法观察分析了CVD金刚石薄膜表面的缺陷形貌和结构,直观的两种缺陷为孪晶和孔洞.孪晶反映了晶粒的不完整性,它的产生取决于气相中活性分子的浓度与生长表面活性位数目的比值,孪晶比率随碳源浓度升高和衬底温度的降低而增大;孔洞反映了膜的不致密性,其产生与膜生长速率和衬底表面初始成核密度切相关,孔洞密度随碳源浓度升高和衬底温度的升高而增大.     

提高(100)晶向磷化铟单晶的成晶率和质量的研究

通过对高压液封直拉法单晶生长过程的热传输和影响熔体温度起伏的几个关键因素的分析,研究适合生长(100)晶向磷化铟单晶的热场系统,有效地降低了孪晶产生的几率,重复地生长出了整锭掺硫和掺铁的、直径为50mm和76mm的(100)磷化铟单晶.测试结果表明我们生长(100)磷化铟单晶的热场在生长过程中使晶锭保持较为平坦的固液界面,可稳定地获得具有低的缺陷密度和良好的电学均匀性的高质量磷化铟单晶材料.     

退火处理对CdZnTe晶体光电性能的影响

研究了生长态CdZnTe晶体在经历了不同温度和时间的Cd/Zn和Te气氛退火后,其光电性能的变化规律.研究表明,在Cd/Zn气氛下退火180 h后,CdZnTe晶体中直径在5μm以上的Te夹杂的密度减小了1个数量级,晶体的体电阻率由1010 Ω·cm减小至～107 Ω· cm.同时发现,Cd/Zn源区的温度决定了退火后晶体在500～4000cm-1范围内红外透过率曲线的平直状态,这可能与晶体中的Cd间隙缺陷浓度相关,而与晶体中的载流子浓度和夹杂/沉淀相状态无关.在Te气氛下退火时,发现晶体的红外透过率的平直状态与晶体电阻率的对数lg(ρ)呈近似线性关系,同样可归因于退火过程中Cd间隙缺陷的浓度变化.     

空气退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光等技术研究了空气退火对ZnS薄膜的结构和光学特性的影响.薄膜在500℃以下退火后结晶质量得到改善,仍呈ZnS立方相结构.退火温度达到550℃时,薄膜中出现ZnO六方相结构.薄膜退火后,大气中的氧掺入薄膜中,出现ZnS-ZnO复合层.随退火温度升高,薄膜晶粒尺寸增大,透过率增加,带隙逐渐接近ZnO带隙.薄膜光致发光结果表明,复合层内ZnS和ZnO绿色发光的叠加替代了来自ZnS缺陷能级间的绿色发光.     

热解火焰法制备碳纳米管:氧炔焰温度与取样高度的影响

以甲烷为碳源、Fe/Mo/Al2O3为载体催化剂,应用热解火焰法制备碳纳米管.研究了氧炔焰温度和取样高度对碳纳米管合成的影响.取样高度为80 mm时,以外围氧炔焰温度940℃、1010℃、1100℃进行了3组实验.结果表明:随氧炔焰温度升高,碳纳米管产量增加且管径明显变细.氧炔焰温度为1100℃时最适宜碳纳米管的生长.当氧炔焰温度为1100℃时,取样高度为80 mm时产量相对于取样高度60 mm时更大.但取样高度为60 mm时合成的碳纳米管更加笔直.不同取样高度下均制得了双壁碳纳米管.     

Ag掺杂ZnO薄膜结构和光学特性研究

采用脉冲激光沉积技术制备出了Ag掺杂的ZnO薄膜.研究了Ag含量、衬底温度及氧压对ZnO结构和光学性能的影响.结果表明:Ag以替位形式存在于ZnO晶格中,Ag掺杂浓度较低时,样品具有高度c轴择优取向.衬底温度越高,薄膜的结晶质量越好,光学带隙越接近纯ZnO的带隙,而其紫外荧光峰在衬底温度为300 ℃时最强.氧压为10 Pa时,薄膜的结晶质量最好,紫外峰最强,其带隙则随氧压的增大呈先变窄后加宽的趋势.     

紊流模型模拟分析旋转对提拉大直径单晶硅的影响

本文采用紊流模型对提拉大直径单晶硅时,对晶体旋转、坩埚旋转及二者共同作用三种情况下,熔体内的流线、等温线、氧的浓度分布、紊流粘性系数、紊动能等作了数值模拟,发现晶体的旋转能提高氧的径向均匀性,紊流粘性系数和紊动能随着坩埚转速的提高先增加后下降.晶体坩埚同时旋转时并不能有效降低紊流粘性系数,但能使子午面上的流动受到抑制,等温线更为平坦,有利于晶体生长.     

氧离子后处理对氧化铟锡(ITO)薄膜电学和光学性能的影响

采用氧离子束对电子束蒸发制备且退火后的氧化铟锡(ITO)薄膜进行轰击后处理.经XPS检测发现氧元素在薄膜内含量增加,在深度方向上的梯度差下降.表面Sn4+含量增加,即掺杂离子浓度和载流子浓度提高,从而使薄膜方块电阻显著降低.当氧离子继续轰击时,薄膜的方块电阻保持平稳;同时,透过率曲线蓝移,紫外波段(300～400 nm)的平均透过率提高而可见光范围内(400 ～800 nm)的平均透过率略有下降,这种变化缘于薄膜的禁带宽度与折射率的增加.     

锗对CZ Si中新施主的影响

等价元素锗(Ge),掺入CZ Si中后能提高硅中氧的固溶度和形成氧沉淀的临界半径,使得氧沉淀主要以均匀成核方式进行.同时,Ge容易与硅中空位形成较稳定的锗一空位复合体(Ge-VX),降低了空位的浓度.因此,锗掺入到CZ Si中可以抑制新施主(ND)的形成速率和最大浓度,提高了硅的高温稳定性,改善硅材料的内在质量.随着Ge浓度的增加,这种抑制施主效应也越明显.本文简要地探讨了Ge在CZ Si中抑制新施主形成的机理.     

大直径直拉硅单晶炉热场的改造及数值模拟

为了降低大直径硅单晶生长过程中氧的引入,对常规的406mm(16英寸)热场进行了改造.设计了以矮加热器为核心的复合式加热器系统,使晶体生长过程中熔体热对流减小.通过对热场的数值模拟计算,分析了热场的温度分布,发现熔体的纵向温度梯度下降,熔体热对流减小,硅单晶中氧含量降低.     

多孔硅在太阳能电池应用中的相关研究

本文用化学腐蚀法在多晶硅基片上制作多孔硅,通过SEM、XPS对多孔硅的表面微结构及其组成进行了研究,定性地分析了氧在多孔硅层中的作用及主要热行为.分析了多孔硅用于太阳能电池时应注意的问题:多孔层微孔尺寸、太阳电池工艺中各热处理过程的温度和时间、多孔层与电极材料是否形成欧姆接触及快速热氧化(RTO)的钝化效果.