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300mm大硅片是集成电路制造不可或缺的基础材料，对集成电路产业的发展起着关键支撑作用。针对集成电路制造行业对低氧高阻、近零缺陷等硅片产品的迫切需求，亟需解决大直径、高质量硅单晶晶体生长技术中的氧杂质输运、晶体缺陷调控等基础科学问题，进而开发大直径单晶晶体生长技术，实现特定的晶体杂质、缺陷的人工调控，满足射频、存储等领域的应用需求。
近日，中国科学院上海微系统所研究员魏星团队在300mm晶体生长的数值模拟研究领域取得重要进展。该团队自主开发了耦合横向磁场的三维晶体生长传热传质模型，并首次揭示了晶体感应电流对硅熔体内对流和传热传质的影响机制。相关研究成果以Effects of induced current in crystal on melt flow and melt-crystal interface during industrial 300 mm Czochralski silicon crystal growth with transverse magnetic field为题，发表在《晶体生长与设计》(Crystal growth & design)上。
本工作通过对比三组仿真结果，系统分析了晶体电导率、磁场强度、晶转速率这三个关键参数对晶体内感应电流的影响，进而分析了其对熔体对流、温度分布和界面形状的影响。结合实验数据，模型准确性得以验证。同时，研究预测了建模所需的合理的晶体电导率。研究表明，当晶体中感应电流增加时，界面下强制对流的驱动力逐渐从离心力转变为洛伦兹力，并改变强制对流的旋转方向，从而影响固液界面形状。该研究弥补了传统模型的忽略晶体感应电流的不足，揭示了晶转引起的感应电流以及关键工艺参数对传热传质、固液界面等的影响，提高了仿真结果的准确性，为近零缺陷硅片产品晶体生长技术的优化提供了理论支撑。
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