單晶硅作為性能良好的半導體材料,有著較為完善的制備技術,是大規(guī)模集成電路和太陽光伏電池的基礎。獲取單晶硅的主要方法是對熔融高純硅材料進行凝固,并通過熔體的過冷度來控制晶體的生長。由于晶體的質量直接影響光伏電池和芯片的效率,而晶體的熔化和生長行為及微觀結構決定了晶體的各種性質,因此研究單晶硅熔化和生長的基本機制和規(guī)律,以不斷提高所獲得晶體的質量,對以硅占主導的光伏器件的研發(fā)有著非常重要的指導作用。本文利用分子動力學模擬研究了硅晶體的熔化和生長過程,討論不同熔化模型對晶體熔化現(xiàn)象造成的差異,并對不同生長溫度及不同生長面下晶體的生長行為進行分析;同時結合杰克遜界面模型、分子動力學和密度泛函理論推測出硅晶體沿不同晶面生長時的固液界面粗糙度。主要研究結果如下:1、當硅晶體進行體熔化時,熔化起始點會隨機出現(xiàn)在晶體內(nèi)部,無序區(qū)域會隨時間迅速擴散,在較短時間內(nèi)完成熔化過程;而進行表面熔化時,熔化的起始點則出現(xiàn)在晶體表面,隨著時間的推移,熔化部分由表面逐漸向晶體內(nèi)部延伸,直至熔化完成;此外表面熔化速率明顯比體熔化速率更大,且通過擬合不同溫度下的表面熔化速率,推算出硅晶體(100)面的熱力學熔點低于248...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 晶體生長的基本理論
    1.3 晶體生長的數(shù)值模擬方法
    1.4 研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 分子動力學模擬與分析技術
    2.1 分子動力學基本原理
    2.2 經(jīng)典分子動學模擬流程
        2.2.1 周期性邊界條件
        2.2.2 系綜
        2.2.3 調(diào)溫技術
        2.2.4 調(diào)壓技術
        2.2.5 勢函數(shù)
        2.2.6 分析技術
        2.2.7 模擬軟件
第三章 硅晶體的熔化和生長過程模擬
    3.1 體熔化和表面熔化過程
        3.1.1 模型與方法
        3.1.2 模擬結果
        3.1.3 分析與討論
    3.2 溫度對硅晶體生長行為的影響
        3.2.1 模型與方法
        3.2.2 模擬結果
        3.2.3 分析與討論
    3.3 晶體生長速率隨時間的變化關系
    3.4 本章小結
第四章 硅晶體生長各向異性研究
    4.1 硅晶體不同晶面的生長行為
        4.1.1 模擬結果
        4.1.2 分析與討論
    4.2 固液界面形貌對生長行為的影響
        4.2.1 杰克遜界面模型
        4.2.2 分子動力學模擬
        4.2.3 吸附能
    4.3 本章小結
第五章 全文總結與展望
    5.1 全文總結
    5.2 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文



本文編號：3783525