直拉硅单晶生长过程建模与控制

本书源于作者在直拉硅单晶生长控制领域十余年的研究心得与成果积累，在对硅单晶生长工艺参数及制备理论进行全面论述的基础上，系统地介绍了直拉硅晶体生长的基本原理和工艺过程以及热场、磁场等关键部件的设计理论与方法。研究了影响硅片品质的关键变量的检测问题和工程方法，提出了全自动晶体生长控制系统的基本理论和控制方法。全书分为八章，即绪论、硅单晶生长原理、硅单晶直拉（CZ）生长设备、直拉单晶炉热系统建模与设计实现、磁场环境下直拉硅单晶生长原理与实现、晶体生长过程关键变量的检测与信息处理、晶体生长过程控制原理与方法、全自动单晶炉自动控制系统设计与实现。书中的主要内容均从理论和实践两的方面予以阐述并辅以工程实验结果，具有理论引导、内容丰富、结合实际、指导性强的特点。本书对于从事集成电路产业的专业技术人员及从事此领域的研究、开发的相关人员、高校教师、硕士研究生和博士研究生具有参考价值。 序 前言 第1章绪论1 1.1硅单晶在半导体行业中的应用2 1.2硅单晶在太阳能光伏发电领域的应用4 1.3硅单晶生长方法概述6 1.4章节安排7 参考文献7 第2章硅单晶生长原理9 2.1单晶生长基本理论9 2.1.1凝固结晶的动力9 2.1.2晶体生长系统的热平衡11 2.1.3热的传输与温度分布12 第1 章绪论 硅(Si)为元素周期表中的Ⅳ族元素？在地壳中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在？丰度为27.7%，仅次于氧？硅的原子量为28.05，25℃下密度为2.329g/cm3，具有灰色金属光泽，较脆，莫氏硬度为6.5，稍低于石英？熔点为1410℃，达到熔点时体积收缩率为9.5%？常温下硅表面覆盖一层极薄的氧化层，化学性质不活泼？ 20世纪中叶，锗(Ge)和硅在工业中开始得到广泛应用？在Bardeen等于1948年发明了晶体管之后，半导体材料的重要性与日俱增，发展速度之快甚至改变了人类的生活和思维方式，为人们创造了一个崭新的世界？常用的半导体材料有硅？锗和砷化镓等，由于硅材料具有来源丰富？电学性能和热稳定性好，且能在不同的温度下稳定工作等特点，已逐渐取代锗成为最重要的半导体材料？当今全球每年超过3000亿美元的半导体市场中95%以上的半导体器件及95%以上的集成电路都用到了硅，同时近年来以硅材料为基础的太阳能光伏发电产业迅速发展，导致全世界对半导体硅材料的需求量非常大？ 硅单晶也称为单晶硅，是硅原子按一定规律周期性重复排列的硅单晶？熔融的单质硅在凝固时以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成硅单晶？硅单晶经后续处理后可用作半导体集成电路芯片和太阳能光伏电池的基础材料？根据硅单晶中各结晶面(或方向)的不同，它可分为[1，0，0]？[1，1，0]及[1，1，1]三类，如图1.1所示？