Влияние бегущего магнитного поля на тепломассообмен при выращивании полупроводниковых кристаллов методом погруженного нагревателя

Проведено численное исследование влияния бегущего магнитного поля на тепло- и массообмен при выращивании монокристалла диаметром 4 дюйма полупроводника германия, легированного галлием (Ga:Ge), методом осевого теплопотока на фронте кристаллизации. Рассмотрены процессы тепло- и массообмена в составной многофазной системе кристалл-расплав-тигель-погруженный нагреватель в осесимметричной нестационарной постановке. Текущее положение и форма фронта кристаллизации являются неизвестными и находятся в процессе моделирования. При электроизолированных границах влияние бегущего магнитного поля учитывается как аналитически заданная сила Лоренца. Получены структуры течения и распределение примеси в расплаве и кристалле при различных температурных профилях на погруженном нагревателе и аксиальных температурных градиентах, а также при разных направлениях приложенного бегущего магнитного поля и величинах его индукции. Установлено, что температурные граничные условия на погруженном нагревателе оказывают значительное влияние на массообмен в расплаве и, как следствие, на сегрегацию примеси в выращенном кристалле. Бегущее вниз магнитное поле оказалось благоприятно влияющим как на аксиальную, так и на радиальную однородность примеси кристалле. В определенном диапазоне интенсивности магнитного поля наблюдался эффект уменьшения интенсивности течения, вызванного радиальным градиентом температуры на погруженном нагревателе и искривлением фронта кристаллизации. Более того, положительный эффект от бегущего магнитного поля усиливался с увеличением скорости кристаллизации. В жестких условиях кристаллизации в исследуемой конфигурации за счет бегущего магнитного поля, вызывающего расширение зоны конвективного переноса примеси, получено четырехкратное уменьшение радиальной сегрегации примеси в направлении оси симметрии и устранено ее накопление в этой области.