终化为一汪闪烁着刺眼白光的液态硅熔池。温度稳定在一千四百五十度左右。
“降下籽晶杆。”
在单晶炉的顶部,一根通过精密伺服电机控制的金属拉杆缓缓下降。拉杆的末端,夹着一小块具有完美晶格取向的单晶硅籽晶。
这是生长的种子。
当籽晶的尖端刚刚接触到液态硅熔池的表面时。
相变在液固交界面瞬间发生。
在热力学平衡中,液态硅原子接触到温度稍低的籽晶,失去了热运动的动能。它们没有杂乱无章地凝固,而是像士兵列队一样,严格按照籽晶原有的晶格排列方式,一层一层地在籽晶下方堆积、结晶。
“接触良好。形成半月形弯月面。开始提拉。”
李刚操作着控制台上的旋钮。
籽晶杆开始以每分钟几毫米的极度缓慢速度向上提拉,同时以每分钟几十转的速度进行旋转。而在下方,装满硅液的石英坩埚则以相反的方向缓慢旋转。
随着籽晶的上升,硅液被拉出液面,在冷却区的氩气吹拂下凝固。一根圆柱形的硅棒,像变魔术一样,从液态熔池中缓缓“长”了出来。
这个过程对温度梯度的控制要求苛刻到了变态的程度。
如果加热功率稍高一千瓦,刚刚结晶的硅棒底部就会重新融化掉回坩埚;如果功率稍低一千瓦,液态硅就会大面积结晶,将坩埚撑破。
李刚必须像走钢丝一样,时刻盯着液面的光晕变化,手动微调加热功率。
在提拉过程中,一个致命的干扰出现了。 由于石英坩埚壁面的温度高于中心,液态硅在坩埚内形成了强烈的马兰戈尼热对流。
高温硅液从边缘上升,流向中心,再下沉。 这种湍流式的流场,导致从石英坩埚壁溶解下来的微量氧原子,被源源不断地卷入生长界面的硅晶格中。
晶棒直径出现波动。孪晶现象发生!在显微结构下,原本应该完美单一的晶格,因为热流的扰动和氧杂质的嵌入,突然发生了晶向的改变,长出了另一个晶核。这就好比原本笔直生长的树干突然长出了分叉。 这种长有孪晶的硅棒,在电学性能上完全是废品。
为了压制这种热对流。物理学家们在单晶炉外部加装了一组巨大的超导电磁铁。
利用法拉第电磁感应定律,在导电的液态硅熔池中施加一个强大的恒定磁场。当液态硅在磁场中流动时,会切割磁感线产生感应电流,感应电流在磁场中又受到洛伦兹力的作用,这个力
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