【正文】 。 還有這大學(xué)幾年陪著我的同學(xué)和老師們，是你們讓我的大學(xué)生活豐富多彩，在這其樂(lè)融融的學(xué)習(xí)氛圍中，不僅讓我們的知識(shí)得到了提高還讓我們之間的情誼得到了升華。A 半導(dǎo)體物理與器件 [M].北京： 電子工業(yè)出版社， 20202 [5] 黃有志，王麗 .單晶直拉工藝技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20207 [6] 尹建華 .半導(dǎo)體 硅材料基礎(chǔ) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20202 [7] 羅平 .直拉法單晶生長(zhǎng)原理與工藝 [D].中國(guó)優(yōu)秀碩士論全文數(shù)據(jù)庫(kù)， 2020 [8] M Hourai Nature and generation of rrownin defects in CZ silicon crystals 1998 [9] 王占國(guó) .半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展 [J].半導(dǎo)體技術(shù)， 20203 [10] Feodorov Physical modeling of the meltfow during largediametersilicon single crystal growth 20207 [11] 蔣榮華，肖順珍 .我國(guó)半導(dǎo)體硅材料的發(fā)展現(xiàn)狀 [J].半導(dǎo)體情報(bào)， 20206 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 21 致 謝 本文 是在我的指導(dǎo)老師朱貴新 老師 的幫助下完成的，老師淵博的課程知識(shí)讓我受益匪淺 ，耳目一新。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 20 參考文獻(xiàn) [1] 龍柏但是不能過(guò)大單晶即能良好生長(zhǎng)，又不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷和產(chǎn)生晶變，應(yīng)盡量使溫度梯度變化平滑，不產(chǎn)生溫度突變，不使單晶生長(zhǎng)受到較大的熱沖擊。改進(jìn)了氬氣流場(chǎng)，促進(jìn)了 SiO的會(huì)發(fā)，使單晶硅中含氧量有所下降。 3）通過(guò)設(shè)定拉速實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，拉速可隨時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可按工藝要預(yù)先 設(shè)定工藝，即按拉晶的長(zhǎng)度設(shè)定拉速，控制系統(tǒng)根據(jù)某一時(shí)段內(nèi)實(shí)際平均拉晶和設(shè)定拉速的差來(lái)控制溫度，當(dāng)實(shí)際拉速大于設(shè)定拉速時(shí)，增大加熱功率，當(dāng)實(shí)拉速小于設(shè)定拉速時(shí)，降低加熱功率，差值的大小控制加熱功率的變化量。 2）通過(guò)監(jiān)測(cè)保溫罩石墨內(nèi)筒的溫度，對(duì)溫度進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定和調(diào)節(jié)，保溫罩石墨圓筒的亮度與加熱器的溫度有關(guān)，爐外的溫度傳感器將這個(gè)光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并給出一個(gè)讀數(shù)，這個(gè)讀數(shù)與設(shè)定的讀數(shù)相比較，來(lái)控制加熱功率。在操作上，溫度的控制一般有三種方式。 直拉單晶爐熱場(chǎng)溫度控制系統(tǒng)一般以控制功率反饋與溫度反饋相結(jié)合，控制方式一般采用三相可空硅控制系統(tǒng)，輸出功率的溫定度要求達(dá)到 %～ %，調(diào)節(jié)精細(xì)。通過(guò)以上這個(gè)溫度控制和測(cè)試平臺(tái)，我們用各種控制算法來(lái)對(duì)直拉單晶爐熱場(chǎng)溫度進(jìn)行控制，比較其控制性能。 硅晶體產(chǎn)品的完整性與均勻性是晶體生長(zhǎng)爐最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，要求在長(zhǎng)達(dá)3040個(gè)小時(shí)的成晶過(guò)程中確保晶體的無(wú)錯(cuò)位生長(zhǎng)，同時(shí)盡可能避免晶體的內(nèi)應(yīng)力與微缺陷；因此需要讓單晶硅按要求進(jìn)行有規(guī)律地生長(zhǎng)，這就要 求有一個(gè)精確的、穩(wěn)定的熱場(chǎng)溫度控制晶體生長(zhǎng)環(huán)境。 直拉單晶爐熱場(chǎng)控制系統(tǒng) 直拉單晶 爐熱場(chǎng)溫度控制系統(tǒng)包括熱場(chǎng)系統(tǒng)和電氣溫度控制系統(tǒng) 。但是，不能過(guò)大，單晶即能良好生長(zhǎng)，又不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷和產(chǎn)生晶變，應(yīng)盡量使溫度梯度變化平滑，不產(chǎn)生溫度突變，不使單晶生長(zhǎng)受到較大的熱沖擊。坩堝里整個(gè)熔硅表面，由于熔硅的傳熱與單晶硅結(jié)晶放出結(jié)晶潛熱，還有晶體散熱三個(gè)因素影響，單晶最初生長(zhǎng)可以近似認(rèn)為熔硅便面徑向溫度梯度大于零，單晶生長(zhǎng)到中部時(shí)，可近似地認(rèn)為熔硅表面徑向溫度梯度等于零 ，單晶硅生長(zhǎng)到尾部時(shí)，熔硅表面的徑向 溫度梯度由小于零到大于零，溫度梯度變化成倒人字形。單晶逐漸生長(zhǎng)到尾部，平坦的生長(zhǎng)界面逐漸凹向熔體，越接近單晶尾部，生長(zhǎng)界面越凹。 單晶硅最初等直徑生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)界面 凸向熔體，界面的經(jīng)向溫度梯度是正值，隨單晶不斷的增長(zhǎng)，結(jié)晶界面由凸向熔體逐漸變平，界面的徑向溫度梯度逐漸趨近于零。熱場(chǎng)的徑向溫度梯度，包括晶體的徑向溫度梯度，熔體 的徑向溫度梯度核生長(zhǎng)界面的徑向溫度梯度。不好的熱場(chǎng)，不但根本生長(zhǎng)不出單晶，即便生長(zhǎng)出單晶，也容易發(fā)生晶變，變成多晶或有大量的結(jié)構(gòu)缺陷。 單晶硅是在單晶爐熱場(chǎng)中進(jìn)行生長(zhǎng)的，熱場(chǎng)的優(yōu)劣對(duì)單晶硅的生長(zhǎng)和質(zhì)量有很大影響。拉晶時(shí)，由于晶體生長(zhǎng)放出結(jié)晶潛熱，影響溫度分布，熔體液面下降，使溫度分布發(fā)生變化，而晶體生長(zhǎng)的表面積增加，散熱面積增加，溫度分布也發(fā)生變化，這樣溫度梯度不斷變化的熱場(chǎng)稱為動(dòng)態(tài)熱場(chǎng)。靜態(tài)熱場(chǎng)指多晶硅熔化后，引晶時(shí)候的溫度分布狀況，由加熱器、保溫系統(tǒng)、坩堝位置及周圍環(huán)境決定。 于是，仿照力學(xué)上的力場(chǎng)，電學(xué)上磁場(chǎng)的描述，稱這種熱力學(xué)上的溫度分布為“溫度場(chǎng)”，通常稱為“熱場(chǎng)”。在一定距離內(nèi)，某方向的溫度相差越大，單位距離內(nèi)溫度變化也越大，溫度梯度也越大。 熱系統(tǒng)的大小、高矮、厚薄不同，溫度的變化不同，常用溫度梯度從數(shù)量上描述熱系統(tǒng)的溫度分布情況。 表 單晶爐常見(jiàn)的故障 、產(chǎn)生原因及排除方法 故障現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 排除方法 1 真空抽不到指標(biāo) 真空密封室密封不亮 球閥處密封松動(dòng)或損壞 對(duì)真空室進(jìn)行分段檢驗(yàn)確定漏 點(diǎn)，進(jìn)行排除 2調(diào)整球閥或更換密封圈 2 堝升不穩(wěn) 絲桿 螺母有污物，潤(rùn)滑不良 清洗絲桿螺母，加潤(rùn)滑油 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 15 電磁閥離合器工作不良 齒輪帶松動(dòng)或齒合不良 給定電位器接觸不良 測(cè)速電機(jī)有問(wèn)題 調(diào)整電磁離合器 調(diào)整齒輪帶 更換電位器 檢查測(cè)速機(jī)刷頭更換電機(jī) 3 堝轉(zhuǎn)不穩(wěn) 坩堝軸有卡滯現(xiàn)象 楔形帶有松動(dòng) 測(cè)速機(jī)有問(wèn)題 清理波紋管中的雜物 調(diào)整楔形帶張力 檢查測(cè)速機(jī)刷頭或更換電機(jī) 4 籽晶軸升降不穩(wěn)，有抖動(dòng)現(xiàn)象 卷絲輪與牽引套連接松動(dòng) 鋼絲繩有毛刺或拆痕 減速機(jī)潤(rùn)滑不良 點(diǎn)刷環(huán)接觸不良 計(jì)算機(jī)控速輸出不穩(wěn) 緊固 更換軟軸鋼絲繩 清洗潤(rùn)滑 清理、調(diào)整點(diǎn)刷環(huán)組件 更換計(jì)算機(jī) 5 籽晶軸轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn) 測(cè)速電機(jī)有問(wèn)題 支撐軸工作不良 檢查測(cè)速機(jī)電刷頭 清洗潤(rùn)滑軸承或更換軸承 6 飛車 測(cè)速機(jī)電壓開路 查電壓環(huán)及線路 7 偷轉(zhuǎn) 12A8控制器零點(diǎn)偏正 計(jì)算機(jī)控速有輸出 調(diào)控制器零點(diǎn) 將計(jì)算機(jī)控速輸出 OP 回零 8 不轉(zhuǎn) 給定無(wú)輸出 計(jì)算機(jī)有負(fù)信號(hào)輸出 滑環(huán)開路 檢查給定電源 將計(jì)算機(jī) OP回零 維修滑環(huán)組件 9 重錘左右擺動(dòng) 軟軸對(duì)中性差 籽晶提拉部件動(dòng)平衡差 與限位桿干涉 阻尼套松動(dòng)或損壞 調(diào)整對(duì)中 調(diào)整配重使 之達(dá)到平衡 調(diào)整限位桿 調(diào)整更換阻尼套 10 液面抖動(dòng) 兩抽氣口抽氣不均 外界震動(dòng)影響 檢查清理抽氣管道 排除外界震動(dòng)的影響 11 等徑過(guò)程中出現(xiàn)晶體扭轉(zhuǎn) 主機(jī)水平偏差過(guò)大 液面溫度偏低，拉速過(guò)快 調(diào)整主機(jī)水平 加大溫校量 12 計(jì)長(zhǎng)顯示不準(zhǔn) 點(diǎn)刷環(huán)組件接觸不良 清理、調(diào)整點(diǎn)刷環(huán)組件 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 16 計(jì)算機(jī)有問(wèn)題 更換計(jì)算機(jī) 第 4 章 單晶爐熱場(chǎng)的研究和技術(shù)改進(jìn) 直拉單晶爐的熱場(chǎng) 直拉 單晶爐熱系統(tǒng)由加熱器、保溫系統(tǒng)、支持機(jī)構(gòu)、托桿、托碗等組成，加熱器 是熱系統(tǒng)的主體，用高純石墨制成。單晶爐加熱時(shí)間不長(zhǎng)，溫升不高時(shí)，可以快速大量通水，待爐溫正常后在調(diào)整水壓。一般單晶爐搜裝有水壓繼電器，單晶爐不通水，加熱電源送不上。氣氛下熔硅或拉晶突然停電后，首先把所有的開關(guān)旋鈕放到零位，以后的處理辦法和在真空下相同。如果拉出了一段單晶，應(yīng)加溫把單晶熔化，重 新引晶。在真空下熔硅或者拉晶時(shí)，首先關(guān)閉真空閥門，打開放氣閥（ 電磁閥會(huì)自