晶体生长计算与模拟软件之FEMAG

晶体生长计算软件FEMAG

20世纪80年代中期，鲁汶大学François 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，François 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

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

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

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

•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

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

•Ⅲ-Ⅴ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

10多年来，FEMAG Soft公司所开发的软件产品获得了国际上诸多专业生产企业的青睐，在以下类型的企业中得到广泛应用：

•集成电路用单晶硅生产企业

•光伏技术用单晶硅生产企业

•LED光电技术用氧化物晶体生产企业

•蓝宝石晶体生产企业