Распределение примеси в расплавах полупроводников при воздействии вращающегося магнитного поля в процессах выращивания кристаллов по методу плавающей зоны 

В.А. Демин,  Д.В. Любимов, Т.П. Любимова (Пермь)

Как известно, конвективные движения в жидкой зоне оказывают влияние на свойства полупроводниковых кристаллов, поэтому вопросы управления распределением примесей в расплаве, и, как следствие, в кристалле являются на сегодняшний день чрезвычайно актуальными. В работах [1,2] показано, что вращающееся магнитное поле (ВМП) вызывает в жидкой зоне движение в азимутальном направлении, при этом с ростом магнитного аналога числа Тэйлора интенсивность конвективного движения в меридиональной плоскости уменьшается. В данной работе производится расчет распределения легкой примеси в цилиндрической жидкой зоне. Нагрев зоны производится с помощью кольцевого нагревателя, что приводит к возникновению термокапиллярной конвекции в расплаве в форме двух симметричных тороидальных вихрей. Вращающееся в горизонтальной плоскости постоянное по величине магнитное поле приводит к уменьшению интенсивности конвективного движения в меридиональной плоскости, при этом появляется азимутальное движение в направлении вращения магнитного поля. При внесении в расплав легкой компоненты вследствие сложного течения, имеющего как меридиональную, так и азимутальную составляющую, происходит перераспределение примеси. Расчеты, выполненные численно методом сеток, показали, что в отсутствие магнитного поля примесь (легкая компонента) собирается на свободной границе в центре жидкой зоны, а при умеренных значениях магнитного числа Тэйлора распределение примеси в жидкой зоне вблизи границы кристаллизации становится более однородным. Результаты расчетов показывают, что воздействие на расплав ВМП является перспективным методом управления распределением примеси в полупроводниковых кристаллах, выращиваемых по методу жидкой зоны.

Работа выполнена при поддержке РФФИ ( грант № 02-01-96414 ) и Американского фонда гражданских исследований и развития ( грант № РЕ 009-0).

 

1. Демин В.А., Любимов Д.В., Любимова Т.П., Ру Б. Влияние вращающегося магнитного поля на термокапиллярную конвекцию в жидкой зоне // Сб. Гидродинамика, Изд-во Пермск. ун-та, Пермь, 2002, с. 76-88.

2. Marty P., Walker J.S., Witkowski L.M. Liquid-metal flow in a finite-length cylinder with a high-frequency rotating magnetic field // J. Fluid Mech., v. 436, 2001, pp. 131-143.