Effect of Applied Magnetic Fields on Czochralski Single Crystal Growth

Czochralski 단결정 성장특성제어를 위한 자장형태에 관한 연구

A numerical analysis has been carried out on the Czochralski flow fields when uniform and nonuniform magnetic fields are applied. Czochralski flow fields are governed by buoyancy forces, thermocapillarity, centrifugal forces, and applied magneic fields. In this analysis, pressure and three components of velocity vectors are obtained, and circumferential electrical currents are calculated. When a uniform magnetic field is applied, all the velocity components are decreased and the circumferential electric currents near the crystal surface are increased as the magnetic field intensity is increased. In the case of a nonuniform field, the flows in a meridional plane are suppressed and the circumferential velocity is increased as the non uniformity is increased. The understanding on the Czochralski flow fields under the influence of magnetic fields can lead to the study on the behavior of the concentration of the solute and impurities.

균일한 자장과 비균일한 자장이 도가니에 가하여졌을 때의 Czochralski유동장이 수치적으로 해석되었다. 여기에서 부력의 효과, thermocapillarity 효과, 원심력의 효과, 자장의 효과등이 Czochralski유동장을 지배하고 있다. 자오면에서의 속도성분과 회전방향의 속도성분이 구하여졌으며 온도, 전류의 흐름 등이 해석되었다. 균일한 자장의 경우에 세기가 증가하면 모든 속도성분이 작아지고 있으며 결정표면 아래에서 회전방향으로의 전류의 세기가 증가한다. 불균일한 자장의 경우에는 자장의 불균일성이 증가하면 자오면에서의 평면유동은 억제되는 반면 회전방향의 속도성분은 더 증가하게 된다. 이와 같은 여러 형태의 자장의 영향아래에서의 Czochralski 유동장에 대한 이해는 도가니(Crucible)안의 용질 및 불순물의 농도에 관한 거동을 연구할 수 있는 기초를 제공하고 있다.