Effect of crystal and crucible rotations on the mass transfer in magnetohydrodynamic Czochralski crystal growth of silicon

자기장이 가하여진 초크랄스키 실리콘 단결정 성장에서 질량전달에 미치는 성장결정과 도가니의 회전효과

For various angular velocities of crucible and crystal, the characteristics of melt flows, temperatures and concentrations of oxygen are numerically studied in the Czochralski furnace with a uniform axial magnetic field. Buoyancy effect due to the heating of crucible wall and thermocapillary effect due to the temperature gradient at the free surface, can be differentiably suppressed by the centrifugal forces due to the rotations of the crucible and crystal. The most important factor which yields the centrifugal forces is the rotation velocity of the crucible, that influences the fields of velocities, temperatures and concentrations. In the case that the crucible rotation velocity is not high, the rotations of the crystal gives rise to the centrifugal forces effectively.

축방향으로 균일한 자장이 가하여진 Czochralski 도가니에서 도가니와 성장결정이 다양한 각속도로 회전하는 경우에 대하여 유동장, 온도장 및 산소의 농도장이 수치적으로 연구되었다. 도가니 벽의 가열에 의한 부력의 효과와 자유표면에서 온도차이에 의한 열모세관효과로 인한 용융물질의 유동은 도가니와. 성장결정의 회전에 따른 원심력에 의하여 차등적으로 억제될 수 있다. 이 원심력에 가장 큰 영향을 주는 인자는 도가니의 회전속도이며 이것이 초크랄스키 결정성장과정에서 속도장, 온도장, 농도장에 큰 영향을 주고 있다. 도가니의 회전속도가 작을 때에는 성장결정의 회전이 원심력을 효과적으로 발생시킨다.