基于FEMAG-CZ熱場(chǎng)仿真軟件的單晶爐熱場(chǎng)分析

計算機光盤(pán)軟件與應用2011年第17期Computer CD Software and Applications工程技術(shù)基于 FEMAG-CZ熱場(chǎng)仿真軟件的單晶爐熱場(chǎng)分析慶2,張婷曼(1西安理工晶體科技有限公司,西安710072西安理工大學(xué),西安710048;3.延安大學(xué)西安創(chuàng )新學(xué)院,西安710100)摘要:基于 FEMAGSoft公司的EMAG-C乙熱場(chǎng)仿真軟件具有模擬提拉法生長(cháng)單晶體的熱場(chǎng)仿真功能,提岀使用溫度梯度分析熱場(chǎng),通過(guò)仿真誣明熱場(chǎng)設計合理,滿(mǎn)足生長(cháng)單晶棒的要求關(guān)健詞:EMAG-CZ熱場(chǎng)仿真軟件;溫度梯度;仿真中圖分類(lèi)號:TN304.053文獻標識碼:A文章編號:1007-9599(2011)17-0065-02Single Crystal Furnace Thermal FieldAnalysis on FEMAG-CZ Thermal Field Simulation SoftwareWang Qing", Zhang Tingman1. Xi'an Institute of Crystal Technology Co, Ltd. Xi'an 710077, China; 2. Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China3.Xi'an Innovation College of Yan'an University, Xi'an 710100, China)Abstract: FEMAGSoft company EMAG-CZ thermal field simulation software with a single crystal Czochralski methodsimulation of thermal field simulation, made using the temperature gradient thermal field, thermal field through the simulation showsdesigned to meet the growth requirements of single-crystal rodsKeywords: EMAG-CZ thermal field simulation software; Temperature gradient; SimulationFEMAG-Z熱場(chǎng)仿真軟件簡(jiǎn)介FEMAG-CZ是總部設在比利時(shí) Louvain-1a- Neuve的 FEMAGSoftlevtertacn Ionian開(kāi)發(fā),該軟件以高科技軟件代碼為內核的模擬提拉法生長(cháng)單晶體的軟件,其在晶體生長(cháng)領(lǐng)域具有全球領(lǐng)導者地位,且界面友好具有很好的兼容性。二、 FEMAG-CZ熱場(chǎng)仿真軟件的主要功能(一)熱傳遞分析熱傳遞模擬分析主要考慮:爐內的輻射和傳導、熔體對流和圖3不同堝轉固液界面形狀爐內氣體流量分析3=(二)熱應力分析一般情況下,晶體位錯的產(chǎn)生與晶體生長(cháng)過(guò)程中熱應力的變化有著(zhù)密切的關(guān)系。該軟件可以進(jìn)行三維的非軸對稱(chēng)和非各向同性溫度場(chǎng)熱應力分析計算,可以提出對晶體總的剪切力預估?！拔弧钡漠a(chǎn)生是由于在晶體生長(cháng)過(guò)程中,熱剪應力超越臨界水平被稱(chēng)為CRSS(臨界分剪應力),而導致的塑性變形。圖1為不同圖4不同堝轉固液界位置晶相的CRSS圖在拉晶的過(guò)程中準確預測固液界面同樣是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。對于不同的坩堝旋轉速度和不同的提拉高度,其固液界面是不同的。如圖3、圖4所示在三種不同坩堝旋轉速度下界面形狀(黑白)8rpm時(shí),(藍色)10rpm時(shí),(紅色)12RPM時(shí))晶體頂端在不同位置時(shí)的界面形狀(六)加熱器功率預測圖1不同晶相CRSS圖(三)點(diǎn)缺陷預報1圖2中左圖為自裂縫點(diǎn)缺陷分布圖中間為空缺點(diǎn)缺陷分布圖圖5加熱功率預測右圖為帶有自裂縫和空缺點(diǎn)缺陷的分布圖利用軟件動(dòng)態(tài)仿真反算加熱功率對于生長(cháng)合格晶體也是非常該軟件可以預知在晶體生長(cháng)過(guò)程中的點(diǎn)缺陷(自裂縫和空必要的。如圖5可以容易的看出整個(gè)拉晶過(guò)程中功率的變化。缺),該仿真可以很好的預測在晶體生長(cháng)過(guò)程中點(diǎn)缺陷的分部。(七)繪制溫度梯度(四)動(dòng)態(tài)仿真動(dòng)態(tài)仿真提供了對復雜幾何形狀對于時(shí)間演變的預測。該預測把發(fā)生在晶體生長(cháng)和冷卻過(guò)程中所有瞬時(shí)的影響因素都考慮在內。為了準確地預報晶體點(diǎn)缺陷和氧分,布動(dòng)態(tài)仿真尤其是不可中國煤化工或缺的。CNMHG(五)固液界面跟蹤圖6不同堝轉下溫度梯度曲線(xiàn)計算機光盤(pán)軟件與應用工程技術(shù)Computer CD Software and Applications2011年第17期通過(guò)仿真,固液交界面的溫度梯度可以很方便的計算出來(lái)。中釋放的結晶潛熱以及溶體傳導給晶體的熱量帶走,這樣才能增這一結果對于理論缺陷的預報是非常有用的。晶體生長(cháng)過(guò)程中三大固液界面處的過(guò)冷度,為硅單晶的生長(cháng)提供足夠的生長(cháng)動(dòng)力,種不同坩堝旋轉速度下溫度梯度曲線(xiàn)如圖6。使得硅單晶處于一個(gè)較高的速度下生長(cháng),從而提高生產(chǎn)效率。在三、使用溫度梯度分析熱場(chǎng)固液界面處的縱向溫度梯度不是過(guò)于大,這樣抑制了大量微缺陷在直拉法生長(cháng)硅單晶的過(guò)程中,硅單晶生長(cháng)的成功與否以及的產(chǎn)生,以及不規則晶核的生長(cháng),從而提高了硅單晶的品質(zhì),大質(zhì)量的高低是由熱場(chǎng)的溫度分布決定的。溫度分布合適的熱場(chǎng)大減少了變晶的概率。固液界面的形狀微微凹向液體,這說(shuō)明在不僅硅單晶生長(cháng)順利,而且品質(zhì)較高:如果熱場(chǎng)的溫度分布不是固液界面處的徑向溫度梯度為負值,但是基本處于一個(gè)較為平坦很合理,生長(cháng)硅單晶的過(guò)程中容易產(chǎn)生各種缺陷,影響質(zhì)量,情的狀況,從而保障了晶體的正常生長(cháng),以及雜質(zhì)在徑向的均勻分況嚴重的出現變晶現象生長(cháng)不出來(lái)單晶。因此在投資硅單晶生長(cháng)布。由于在本次模擬分析中氬氣的進(jìn)氣量設置不是非常合理,使企業(yè)的前期,一定要根據生長(cháng)設備,配置出最合理的熱場(chǎng),從而得氬氣對液面的切壓力不足,導致溶體內部對流情況的改變,對保證生產(chǎn)出來(lái)的硅單晶的品質(zhì)固液界面的徑向溫度梯度帶來(lái)一定的影響。在直拉硅單晶生長(cháng)工藝中,一般采用溫度梯度來(lái)描述熱場(chǎng)的溫度分布情況,其中在固液界面處的溫度梯度最為關(guān)鍵。(一)溫度梯度分析圖對實(shí)驗熱場(chǎng)進(jìn)行分析,具體情況如下圖9熱場(chǎng)內部的溫度梯度圖9顯示了熱場(chǎng)內部的溫度梯度的大小以及方向(包括溶圖7實(shí)驗熱場(chǎng)分析體)?？梢悦黠@的看到晶體的散熱、溶體的熱對流、固液界面結圖7的實(shí)驗熱場(chǎng)生長(cháng)10英寸硅單晶。鑒于熱場(chǎng)的溫度在等直晶潛熱和溶體熱傳導的情況。徑生長(cháng)的300m內變化比較大,因此,對300mm時(shí)刻進(jìn)行準穩態(tài)四、分析仿真結果并設定合理生長(cháng)曲線(xiàn)溫度梯度的模擬分析。按照如上分析結果,只要在程序中嚴格按照晶體生長(cháng)工藝要求控制氣體流量,依照仿真結果合理設計單晶爐的機械結構,在拉晶過(guò)程中以仿真結果設定合理的理論拉晶曲線(xiàn),那么在實(shí)際生產(chǎn)中是完全可以生長(cháng)出合格的單晶棒參考文獻M李兵CZ150直拉單晶爐熱場(chǎng)控制系統的研究D淅江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006[2 Maruyama S A Three-dimension numerical method based on圖8準穩態(tài)溫度梯度的模擬分析he superposition principle 1993圖8為準穩態(tài)溫度梯度的模擬分析結果。其中溫度根據顏色阝3英BR潘普林主編劉如水沈德中張紅武戚立昌譯晶體的從暖到冷的變化而降低生長(cháng)北京:中國建筑出版社,1981從圖中可以發(fā)現固液界面的溫度梯度基本處于一個(gè)合理的分[4PVA TEPLA The Crystal Growing Systems Division. Be布。晶體的縱向溫度梯度比較大,這樣才能夠將硅單晶生長(cháng)過(guò)程 Equipped for Tomorro-w’ sMaterial.2006,18-23(上接第67頁(yè))通過(guò)實(shí)驗表明,用戶(hù)編排的小故事越是離奇越是不符合邏輯則戶(hù)從系統提供的36幅候選圖像中選定圖1中的4幅圖像作為密越是容易被用戶(hù)記住。如何編排容易記住的小故事可能需要用戶(hù)有碼,并采用從左到右的順序列。選擇這4幅圖像的原因是用戶(hù)已一個(gè)學(xué)習和熟悉的過(guò)程。在記住小故事的前提下,用戶(hù)很容易還原經(jīng)根據這些圖像的內容編排了一個(gè)小故事:我乘坐高速列車(chē)穿越自己全部的密碼圖像及排列順序。根據安全強度的要求不同,用戶(hù)時(shí)空隧道來(lái)到古埃及,發(fā)現我的手機競然還可以收到信號。這樣還可以增加編排小故事的內容來(lái)設定更多幅圖像作為密碼以提高用戶(hù)只需記住這個(gè)小故事,在身份認證的時(shí)候,根據這個(gè)小故事安全強度。與此同時(shí),用戶(hù)的記憶負擔并沒(méi)有顯著(zhù)的升高從36幅展示圖像中按順序找出圖1中的4幅圖像,按要求完成認四、可用性分析證即可。難以記住隨機文字列密碼,所以用戶(hù)使用“有一定意義”文字列來(lái)進(jìn)行輔助記憶。用生日、人名或電話(huà)號碼等來(lái)進(jìn)行輔助記憶的情況下,會(huì )有易被猜測,安全性低的問(wèn)題存在。用戶(hù)同樣難以記住隨機圖像密碼,用戶(hù)可以使用故事記憶法來(lái)進(jìn)行輔助記憶。由于用來(lái)輔助記憶的故事是用戶(hù)根據候選圖像隨機編排的所以很難被猜測,對于猜測攻擊有相當強的防御強度。圖像密碼的故事記憶法是由用戶(hù)自己編排故事來(lái)關(guān)聯(lián)自己選定的密碼圖像,在記住密碼圖像的同時(shí)還可以記住密碼的順序。因為是自己編排的故事,所以很容易記住。即使在記不清楚的情況下,在身份認證時(shí),通過(guò)展示圖像也可以較容易的想起自己編排的故事來(lái)完成認證。五、結語(yǔ)本文提出的圖像密碼的故事記憶法利用回憶和識別相結合的方法來(lái)記住密碼,在不降低安全性的前提下,有效地減輕了用戶(hù)使用圖像密碼的記憶負擔參考文獻:1]徐強,徐婷,吳瑞中國煤化工認證方案圖1密碼圖像及順序計算機光盤(pán)軟件與應THgCNMHG