晶体生长计算与模拟软件之FEMAG

晶体生长计算软件晶体生长计算软件 FEMAG 20 世纪 80 年代中期 鲁汶大学 Fran ois Dupret 教授带领其团队 开始晶体 生长的研究 经过 10 多年的行业研发及应用 Fran ois Dupret 教授于 2003 年成 立了 FEMAGSoft 公司 总部设在比利时 Louvain la Neuve 市 正式推出晶体 生长数值仿真软件 FEMAG 如今 FEMAG 软件已成为全球行业用户高度认可 的数值仿真工具 在晶体生长数值模拟领域处于国际领先地位 FEMAG Soft 擅长所有类型晶体材料生长方面的工艺模拟专业技术 比如 直拉法 Czochralski 区熔法 Floating Zone 适用于铸锭定向凝固过程工艺 DS Bridgman 法 物理气相传输法 PVT 产品模块产品模块 1 FEMAG CZ Czochralski CZ Process 适用于 Czochralski 直拉法生长工艺和 Kyropoulos 生长工艺 2 FEMAG DS Directional Solidification DS Process 适用于铸锭定向凝固过程工艺 3 FEMAG FZ Float Zone Process FZ 适用于区熔法生长工艺 主要功能主要功能 1 全局热传递分析 全局性 即包涵所有拉晶要素在内 并考虑传热模式的耦合 全局热传 递模拟分析 主要考虑 炉内的辐射和传导 熔体对流和炉内气体流量分析 2 热应力分析 按照经验 一般情况下 晶体位错的产生与晶体生长过程中热应力的变化 有着密切的关系 该软件可以进行三维的非轴对称和非各向同性温度场热应力 分析计算 可以提出对晶体总的剪切力预估 位错 的产生是由于在晶体生长过程中 热剪应力超越临界水平 被称为 CRSS 临界分剪应力 而导致的塑性变形 3 点缺陷预报 该软件可以预知在晶体生长过程中的点缺陷 自裂缝和空缺 该仿真可以很 好的预测在晶体生长过程中点缺陷的分布 4 动态仿真 动态仿真提供了对复杂几何形状对于时间演变的预测 该预测把发生在晶 体生长和冷却过程中所有瞬时的影响因素都考虑在内 为了准确地预报晶体点 缺陷和氧分 布动态仿真尤其是不可或缺的 5 固液界面跟踪 在拉晶的过程中准确预测固液界面同样是一个关键问题 对于不同的柑祸 旋转速度和不同的提拉高度 其固液界面是不同的 6 加热器功率预测 利用软件动态仿真反算加热功率对于生长合格晶体也是非常必要的 7 绘制温度梯度 通过仿真 固液交界面的温度梯度可以很方便的计算出来 这一结果对于理 论缺陷的预报是非常有用的 技术特色技术特色 1 全局建模 Global modeling 将熔炉分为宏观单元 macro elements 包含液体与固体成分 散热机箱 cement 接合单元 2 时间相关建模 Time dependent modeling 使用与时间相关的仿真 模型 比如准稳态 准动态 Cz 生长逆向或直接动态模型 3 FEM 离散化 使用 2D Spectral 3D Cartesian 3D 等模型 4 几何建模 可以准确处理变形体 界面以及所有的边界层 5 求解技术 高效线性求解 Newton Raphson 迭代 模拟软件的优点模拟软件的优点 晶体生长模拟软件能够提供晶体生长炉内部环境及晶体生长过程 从 而为生产商提供必要的信息 以便分析晶体生长过程特征及其工艺优缺点是否 符合市场需求 通过模拟软件提供的功能 生产商可以提高工艺改进 优化时 的目标与优先次序 模拟软件所提供的虚拟实验使晶体生长商在物理实现之前设计 校验 他们的生产工艺 虚拟实验不但操作方便 经济实惠 而且基本上不存在任何 技术限制 应用范围应用范围 FEMAG Soft 公司的模拟软件应用于开发 优化以下类型的晶体生长工艺 IC 级单晶硅和光伏级晶体硅 族化合物半导体晶体材料 如 GaAs GaP 等 锗单晶 蓝宝石 氧化物和卤化物 碳化硅 应用领域应用领域 10 多年来 FEMAG Soft 公司所开发的软件产品