硅晶体熔化和生长的分子动力学模拟

发布时间：2023-04-05 13:50

　　单晶硅作为性能良好的半导体材料,有着较为完善的制备技术,是大规模集成电路和太阳光伏电池的基础。获取单晶硅的主要方法是对熔融高纯硅材料进行凝固,并通过熔体的过冷度来控制晶体的生长。由于晶体的质量直接影响光伏电池和芯片的效率,而晶体的熔化和生长行为及微观结构决定了晶体的各种性质,因此研究单晶硅熔化和生长的基本机制和规律,以不断提高所获得晶体的质量,对以硅占主导的光伏器件的研发有着非常重要的指导作用。本文利用分子动力学模拟研究了硅晶体的熔化和生长过程,讨论不同熔化模型对晶体熔化现象造成的差异,并对不同生长温度及不同生长面下晶体的生长行为进行分析;同时结合杰克逊界面模型、分子动力学和密度泛函理论推测出硅晶体沿不同晶面生长时的固液界面粗糙度。主要研究结果如下:1、当硅晶体进行体熔化时,熔化起始点会随机出现在晶体内部,无序区域会随时间迅速扩散,在较短时间内完成熔化过程;而进行表面熔化时,熔化的起始点则出现在晶体表面,随着时间的推移,熔化部分由表面逐渐向晶体内部延伸,直至熔化完成;此外表面熔化速率明显比体熔化速率更大,且通过拟合不同温度下的表面熔化速率,推算出硅晶体(100)面的热力学熔点低于248...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 晶体生长的基本理论
    1.3 晶体生长的数值模拟方法
    1.4 研究现状
    1.5 本文研究的主要内容
第二章 分子动力学模拟与分析技术
    2.1 分子动力学基本原理
    2.2 经典分子动学模拟流程
        2.2.1 周期性边界条件
        2.2.2 系综
        2.2.3 调温技术
        2.2.4 调压技术
        2.2.5 势函数
        2.2.6 分析技术
        2.2.7 模拟软件
第三章 硅晶体的熔化和生长过程模拟
    3.1 体熔化和表面熔化过程
        3.1.1 模型与方法
        3.1.2 模拟结果
        3.1.3 分析与讨论
    3.2 温度对硅晶体生长行为的影响
        3.2.1 模型与方法
        3.2.2 模拟结果
        3.2.3 分析与讨论
    3.3 晶体生长速率随时间的变化关系
    3.4 本章小结
第四章 硅晶体生长各向异性研究
    4.1 硅晶体不同晶面的生长行为
        4.1.1 模拟结果
        4.1.2 分析与讨论
    4.2 固液界面形貌对生长行为的影响
        4.2.1 杰克逊界面模型
        4.2.2 分子动力学模拟
        4.2.3 吸附能
    4.3 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3783525