Measurement of thermophysical properties of semiconductor melts in the microgravity environment and research on thermo-fluid analysis of silicon crystal growth furnace

Abstract

The Japan Space Utilization Promotion Center (JSUP) runs a research project entitled 'Technology for Production of High Quality Crystals' supported by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) in the program of the MITI (Ministry of International Trade and Industry). This paper reports the present status of the research program on the measurement of thermophysical properties of molten silicon by means of a RF (Radio Frequency) electro-magnetic levitation equipment which is operated under transient microgravity environment at the JAMIC's (Japan Microgravity Center) drop shaft. The design and operations of the equipment and some results of surface tension of molten silicon by the oscillating drop method will be briefly introduced. And numerical studies on the distortion of drop shape in RF field will be compared with the experimental results. The paper also introduces the concept of the global analysis of Cz (Czochralski) furnace for silicon single crystal growth and some preliminary results of the newly developed simulation code.

宇宙環境利用推進センター(JSUP)は、MITI(通産省)の指導のもとに新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の支援による「高品質結晶創製技術」研究プロジェクトを実行している。本報告は、JAMIC(地下無重力実験センター)の落下塔を使って作り出した過渡的微小重力環境下で作動するRF(高周波)電磁浮遊装置により溶融シリコンの熱物性を測定する研究プログラムの現状を紹介した。この装置の設計と動作および液滴振動法による溶融シリコンの表面張力の諸結果について簡単に紹介した。また、高周波電磁場中における液滴形状の変形に関する数値解析の結果を実験結果と比較した。本文では、シリコン単結晶成長用のCz(チョクラルスキー)炉の総合的に解析の概念も紹介するとともに、新たに開発したシミュレーションコードの予備的諸結果も紹介した。