熔体中生长半导体硅、砷化镓单晶,在要求高纯度、完整性、均匀性的同时,晶体都向大直径发展。把熔体环境相看做连续介质,不考虑结构效应和浓度、密度起伏,无法适应大直径生长需要。研究熔体结构与物性在过冷和磁场下的变化,为控制界面形态、稳定性;认识界面微观结构、生长动力学;进行计算机数字动态模拟;优化制备工艺提供理论依据。
半导体材料单晶尺寸向大直径发展,拉晶时必须大投料。大熔体强烈的热对流,目前已成为晶体生长和质量控制的关键因素。向熔体所在空间引入磁感应强度,由于导电熔体在磁场中运动(对流)要受到洛仑兹力(Lorenze force)的作用,从而可以抑制热对流。研究不同磁场强度条件下半导体材料熔体的物性参数粘度、电导率等的变化以及相应熔体微观结构的改变,可为大直径单晶的磁场拉晶与计算机晶体生长模拟提供理论依据和基础数据。在完成本课题的过程中,在国内外首次设计、制造和改装出相应的测试仪器设备,进行了有关半导体硅和砷化镓熔体在1500℃以上,在变化磁场条件下的有效粘度和电导率测试。这些工作都具有开创性,仪器设备和研究结果均具有独立自主的知识产权,对磁场下半导体材料的晶体生长均具有指导意义!