晶体生长设备系列产品

硅单晶炉、激光晶体及氧化物晶体生长设备是采用直拉法生长硅单晶、激光晶体及氧化物晶体的专用电子设备 ,所生长的电子或光电子材料是信息技术最基本的功能材料 ,是信息和通讯技术革命的主要驱动力。西安理工大学工厂自 1 961年研制成功我国第一台单晶炉以来 ,已定型生产了 8大系列 ,40余个品种的晶体生长设备 ,涉及半导体、光学、化合物、氧化物、氟化物等晶体材料、合金材料及高纯金属等高技术领域。其中大直径硅单晶炉和大直径激光单晶炉等设备性能已达到国际同类产品水平。获 1 3项国家、省部级科技进步奖。产品在国内覆盖面95 %以上 ,…     

直径200mm太阳能CZSi复合式热场的数值模拟

用直径18英寸复合式热系统生长了直径200mm的太阳能CZSi单晶,计算机数值模拟分析表明,该热系统能降低熔硅纵向温度梯度,从而有效抑制熔体的热对流,并增加了熔硅与坩埚的边界层厚度,减少了SiO的熔入,降低了硅中氧、碳的含量,数值模拟对热场温度梯度的分析与实验结果较好地吻合。     

硅单晶的杂质分布和坩埚沾污率

对于原材料含有多种杂质,石英坩埚对熔硅有沾污,晶体截面和坩埚截面并非常数的情况,分析和计算了拉硅单晶时熔体中杂质浓度的变化和单晶中的杂质分布。理论上必须同时考虑多种杂质的污沾、蒸发和分凝过程。实验测定了硅单晶中电阻率分布,与理论相符合。利用这里提出的分析方法,可以确定出石英坩埚的沾污率,并可粗略估计单晶中各种杂质的分布情况以及原材料所合杂质的情况。并且利用复拉单晶的办法,试验了几种测定坩埚沾污率的方法。各种方法所测得的坩埚沾污率值相近,为(1.0—1.5)×10~(11)硼原子/秒·厘米,相应的石英坩埚硼合量约为10~(-6)克硼/克石英。     

微重力下坩埚内熔体的对流分析

以18英寸坩埚(6英寸单晶炉)为研究对象,利用有限元分析法,选用RNG k-e湍流模型,对不同液面高度下坩埚内熔体的自然对流进行二维模拟分析;在熔体空间内引入横向磁场(微重力环境下)模拟分析其对熔体对流的影响,同时对引入的横向磁场强度进行优化.结果表明,随着液面高度的下降,熔体对流逐渐变弱,液面高度从230 mm下降到140 mm时,平均流速下降了近3/4;引入横向磁场后熔体对流能够得到有效地抑制,当磁感应强度在0.4T到0.8T之间时,磁场对熔体的对流抑制作用最为明显.     

ACRT强迫对流对定向凝固过程传热传质的影响

计算模拟了采用加速坩埚旋转技术的Bridgman法(ACRT-B)碲锌镉单晶体生长过程,以流函数图清晰地展示了晶体生长过程中固液界面前沿对流的周期性变化,以等温线图展示了界面前沿熔体温度场的变化,以等浓度线图展示了晶体内的组分偏析.计算结果表明:强迫对流显著提高了熔体中溶质分布的均匀性,可得到均一的熔体浓度场.强迫对流显著增加了固液界面凹陷深度.与不施加ACRT相比,强迫对流增加了晶体内溶质成分的轴向偏析,显著减小了径向偏析.     

4英寸<100>区熔硅单晶生长研究

在原有3英寸100区熔硅单晶生长工艺的基础上,通过适当的调整热场和生长参数,成功地在德国CFG4/1400P型区熔单晶炉上生长出了4英寸100晶向的区熔硅单晶,满足了对大直径100区熔硅单晶生长的需求。所生长的100晶向的硅单晶具有机械强度高、径向电阻率均匀性好的特点。     

单晶炉勾形磁场设计参数实验验证

通过模拟方法得到8英寸单晶炉（16英寸坩埚）勾形磁场的设计参数,并对磁场参数的模拟结果进行了实验验证.结果表明：磁场参数及其分布均满足晶体生长要求,磁场参数的模拟结果与实验结果吻合较好.该模拟方法可用于勾形磁场的实际设计.     

一种间歇式轧钢加热炉温度场的研究

钢坯由加热炉加热至轧制所需温度,加热过程中炉内的温度分布对最终钢材质量起决定性作用.以间歇式天然气轧钢加热炉为例,采用CFD(计算流体力学)方法分析加热炉内以及被加热钢坯内瞬态的三维温度场分布,用Fluent软件模拟了多种操作条件下的炉内温度分布,为提高加热炉工作效率提供了理论依据.模拟过程中考虑了更换钢坯时炉门开启引入的热损失.模拟结果可用来优化操作参数和提高出钢质量.     

混合对流圆柱形封闭空间的等效导热系数及其应用

以从热面向冷面传热量相同为条件,针对封闭空间内具有混合对流及导热问题引进了等效导热系数概念。以圆柱体熔体为背景计算了等效导热系热以及它与熔体空间形状、Re数和Gr数等因素之间的关系,对所得结果进行了物理的解释。这些结果对诸如金属凝固、晶体生长等问题的计算有一定参考价值。并将计算结果与砷化镓单晶生长过程中实测数据进行对比,两者相当吻合。     

低功耗肖特基整流器件用200mm高均匀性硅外延层生长工艺研究

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大,易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。本文利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性<1.0 %,电阻率不均匀性<1.1 %,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

低功耗肖特基整流器件用200 mm高均匀性硅外延层生长工艺

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大、易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性1. 0%,电阻率不均匀性1. 1%,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

煤粉炉内掺混废水污泥燃烧的数值模拟与分析

采用Fluent软件对广东某电厂煤粉炉内掺混污泥的燃烧过程进行了数值模拟与分析,探讨了其速度场、温度场分布.模拟结果显示,随污泥掺入量的增加,炉内最高温度比单一煤粉燃烧时的大约低80～160K,而最高温度的位置提高了180～800mm.实验结果表明,污泥水分低于20%时,污泥掺烧比例在10%以内是可靠的和可行的.     

无需参考信号的单晶炉温度干扰抑制新方法

为有效地抑制单晶炉热场温度测量值中的低频干扰,改善热场温度的估计精度,提出了一种无需参考信号的新的自适应对消法。该方法将迭代自适应法引入自适应对消法中,利用迭代自适应法从输入信号中逐个估计低频干扰分量,并且在估计每个干扰分量的过程中能够减少其它分量的影响,将各个干扰分量消除。仿真和工程实验结果表明,该方法在无需参考信号的条件下,能够准确地估计各个干扰分量,从而有效地抑制单晶炉热场温度测量值中的干扰,优于现有方法,符合单晶炉热场温度控制系统的工艺要求。     

还原时间对高料层碳热还原金属化率的影响

为了探讨PSH(paired straight hearth,对行直底炉)直接还原工艺的操作参数,进行了还原时间对高料层碳热还原金属化率影响的研究.试验结果表明:还原时间为50和60 min时,球团的金属化率较高,整个料层总的金属化率分别为57.31%和80.23%.但炉内还原60 min时,存在上层球团再氧化、热效率低、生产效率低等问题.采用热坩埚装料可以明显提高球团金属化率,尤其是底层球团.炉内还原50 min,采用热坩埚装料时,整个料层总金属化率可由冷坩埚装料的57.31%提高至85.24%.因此,以提高碳热还原金属化率为目的,建议采用热坩埚装料,炉内还原50 min.本试验的研究结果可为PSH工艺的开发提供理论依据.     

优选法在调试单晶炉热场布置上的应用

我厂单晶硅小组职工在毛主席“中国应当对于人类有较大的贡献”的伟大号召下,发扬敢想敢闯的革命精神,应用“优选法”调试单晶炉热场布置,取得显著成效。最近一时期连续成功地拉制成 N 型,高阻无位错和一批40—80·Ω低位错无位错鼓苞硅单晶,使我们在调试热场方面获得了自由。     

相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟

该文针对相变蓄热水平套管相变过程,考虑相变区内的自然对流效应,利用计算流体力学软件Fluent软件内的凝固/融化模型对套管内十八烷相变材料进行模拟,得到了不同时刻下套管内传热流体与相变材料耦合问题的温度场、流速场的变化规律.结论表明凝固过程开始阶段,对流换热对换热的影响十分强烈,不能忽略不计.研究结果对蓄热套管在工程实际中的应用具有一定的参考价值.     

基于计算流体动力学的锂离子电池热失控多米诺效应研究

为研究空运包装内锂离子电池单元热失控传递的控制方法,首次提出锂离子电池热失控传递的多米诺效应理论模型。依据实际包装情况建立了包装盒内9个18650型锂离子电池的有限元模型,利用基于计算流体动力学的仿真软件Fluent对锂离子电池的热失控传递过程进行数值模拟;结合模拟结果定量分析锂离子电池热失控传递中的多米诺效应及电池单元热失控对临近电池温升的影响,以及通过控制电池放热和使用阻燃隔板来延缓包装内电池热失控传递的可行性。模拟结果不仅验证了构建的理论模型与数值模拟结果的一致性,并且显示基于理论模型参数提出的两种控制方法对延缓电池的热失控传递都具有显著效果。不仅可为控制空运锂离子电池热失控提供理论依据,还可对锂离子电池空运包装标准的制定提供技术参考。     

真空区熔硅单晶生长技术研究

对φ30mm、111晶向真空区熔硅单晶生长关键技术特点进行了分析,针对单晶生长过程中容易发生晶变的问题,从熔区受力、热场设计、结晶动力学等方面进行研究,理论联系实践,优化工艺参数,对如何提高熔区稳定性及结晶驱动力,提出了有效的解决措施,提高了真空区熔硅单晶的成品率。     

直拉式单晶炉动态性能分析与预测

采用弹簧-阻尼单元模拟直拉式单晶炉结合部的连接,建立TDR-120型直拉式单晶炉整机动力学分析模型。利用ANSYS软件进行模态分析,获得了该类型单晶炉结构的振动特性,并将模拟结果与采用刚性连接的模拟结果进行对比。结果表明,本文建立的模型具有较高的准确性,能够分析和预测直拉式单晶炉的动态性能。     

ND—1型粘度计技术改进测试性能的初步分析

针对原ND—1型粘度计达不到冶金渣的测试要求,进行了相应的技术改进并根据实测中存在的一些问题,提出一些经验体会。一、原DN—1型粘度存在的问题原DN—1型钢丝扭矩式高温粘度计是按内柱体旋转法来测定熔体粘度的。即在钼丝炉内用坩埚盛装高温熔体,把用钢丝吊挂的一园柱形测头浸入熔体一定深度,并作匀速旋转。由于坩埚静止不动,测头与熔体相对运动,使熔体沿径向产生速度梯度,从而熔