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Kristallzüchtung im wandernden Magnetfeld - Entwicklung eines Industrieverfahrens zur Produktion verbesserter Halbleitermaterialien für luK- und Sensortechniken (KristMAG)

Leitung:Prof. Dr.-Ing. B. Nacke
Bearbeitung:Dr.-Ing. H. Kasjanow (Tätigkeit am Institut beendet)
Laufzeit:01.07.2005 – 30.06.2008
Förderung durch:Zukunftsfond Berlin, F&E-Förderung des Landes Brandenburg und Europäischer Fond für regionale Entwicklung (EFRE)
Link:www.kristmag.com
Bild Kristallzüchtung im wandernden Magnetfeld - Entwicklung eines Industrieverfahrens zur Produktion verbesserter Halbleitermaterialien für luK- und Sensortechniken (KristMAG)

Projektbeschreibung

Das elektromagnetische Wanderfeld wird durch phasenverschobene Induktorströme erzeugt. Die daraus resultierende elektromagnetische Lorentz- Kraft kann effektiv die natürliche Konvektion unterdrücken. Die Frequenz und die Phasenverschiebung der Spulenströme müssen dabei entsprechend der Geometrie und der Induktorhöhe optimiert werden.

 

Je nach Prinzip der Züchtungsanlage werden unterschiedliche Ziele beim Einsatz des Wanderfeldes verfolgt. Bei der Liquid Encapsulation Czochralski (LEC) Methode soll das magnetische Feld die starken Turbulenzen der natürlichen Konvektion, die mit größerem Schmelzenvolumen und größeren Tiegeldurchmessern zunehmen, dämpfen. Bei dem Vertical Gradient Freeze (VGF) Prozess, in dem die konvektive Strömung eine geringere Rolle als bei der LEC spielt, ist die Beeinflussung der Phasengrenzenform von größerer Bedeutung.

Die am ETP durchgeführten 2D und 3D numerische Modellierungen wurden zur Optimierung der Induktorgeometrie und der Induktorsteuerung eingesetzt. Ein Schwerpunkt bei der Induktorsteuerung lag auf der optimalen Auslegung der Wanderfeldfrequenz und der Phasen der Induktorströme untereinander für eine geeignete Ausbildung des Wanderfeldes. Hierzu wurden im Wesentlichen 2D Modelle verwendet. In einem weiteren Schwerpunkt wurden mittels aufwendiger 3D Modelle die Einflüsse von nicht-axialsymmetrien Effekten des Induktoraufbaus auf die Lorentz-Kraftdichteverteilung in der Schmelze und deren Auswirkungen auf die Ausbildung der Strömung in der Schmelze untersucht. Für die elektromagnetische Simulation wurde das kommerzielle Programmpaket ANSYS, für die hydrodynamischen Untersuchungen die Programmsysteme CFX und FLUENT eingesetzt.

Übersicht