利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计算仿真的结果图 ppt课件
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晶体生长计算软件FEMAG系列之晶体生长方法介绍
可扩展性
软件具有开放性和可扩展性， 用户可以根据需要添加新的材 料属性和边界条件。
图形界面
提供友好的图形界面，方便用 户进行模型建立、参数设置和 结果分析。
软件应用领域
半导体晶体生长
用于研究半导体晶体生长过程中的物理和化学行 为，优化晶体质量和性能。
光学晶体生长
用于研究光学晶体的生长过程，优化晶体光学性 能和加工工艺。
增强可视化功能
为了更好地帮助用户理解和分析计算结果，FEMag软件将 增加更强大的可视化功能，如3D图形界面、实时渲染等， 使用户能够更直观地查看和操作计算结果。
拓展应用领域和范围
扩大应用领域
随着晶体生长研究的不断发展，FEMag软件的应用领域将不 断扩大。未来，FEMag软件将不仅应用于传统的晶体生长研 究，还将拓展到其他相关领域，如材料科学、化学、生物学 等。
该软件通过建立数学模型，模拟晶体生长过程中各 种因素对晶体形态、结构和性能的影响。
FEMag软件提供了丰富的材料属性和边界条件设置 ，支持多种晶体结构和生长条件。
软件特点
01
02
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高效计算
采用有限元方法进行数值计算 ，能够快速求解大规模的晶体 生长问题。
精确模拟
能够模拟晶体生长过程中的温 度场、浓度场、应力场等物理 场，以及化学反应过程。
专业和深入。
与实验结果的比较
FEMag与实验的一致性
FEMag软件在模拟晶体生长方面取得了与实验结果高度一致的结果。通过对比实验和模拟数据，可以验证 FEMag软件的准确性和可靠性，进一步推动其在晶体生长研究中的应用。
实验验证的局限性
尽管FEMag软件与实验结果具有较好的一致性，但实验验证仍然存在局限性。实验条件和参数的微小变化可能 会对结果产生显著影响，而模拟结果可能无法完全反映这些细微差异。因此，将实验和模拟结果相结合，进行综 合分析是更为可靠的方法。
利用晶体生长模拟软件FEMAG进行蓝宝石晶体生长模拟的方法
Page ▪ 3
CONFID.ENTIAL
Czochralski process
Page ▪ 4
CONFID.ENTIAL
Directional Solidification System
Page ▪ 5
CONFID.ENTIAL
Floating Zone Process
Page ▪ 6
CONFID.ENTIAL
Sapphire Growth by CZ and kyropoulos
Page ▪ 7
CONFID.ENTIAL
Sapphire growth by HEM
Page ▪ 8
CONFID.ENTIAL
What are FEMAG software?
▪ Process-dedicated simulation tools, adapted to your own processes and able to solve your problems.
RADIATIONCONVECTION C来自NDUCTIONMESH
GEOMETRY
…
FEMAG3 NEW 2011 •Very accurate : Finite Element and Spectral methods •Very efficient : 3D simulations in less 1 day •Very flexible : Very fast development of new demand
➢ General introduction ➢ Sapphire Growth
Page ▪ 2
CONFID.ENTIAL
Introduction
For more than 25 years, FEMAGSoft develops simulation software dedicated to the research and development of optimal crystal growth processes. 1984 First research on Germanium growth in University of Louvain.
全球半导体晶体生长仿真
FEMAGSoft © 2013
Stream
function
psi 7.4E-05 7.1E-05 6.8E-05 6.5E-05 6.2E-05 5.8E-05 5.5E-05 5.2E-05 4.9E-05 4.6E-05 4.3E-05 4.0E-05 3.6E-05 3.3E-05 3.0E-05 2.7E-05 2.4E-05 2.1E-05 1.7E-05 1.4E-05 1.1E-05 8.0E-06 4.8E-06 1.7E-06 -1.5E-06 -4.7E-06
1. Numerical strategy (cont’d)
Heat shield
Typical FEMAG-CZ global unstructured
mesh
- crystal quality ? - process yield ? - energy consumption ? - production rate ?
FEMAGSoft © 2013
Introduction (cont’d)
Main difficulties:
– Multi-physics: heat and mass transport in the melt and the gas, turbulence, radiation transfer, etc., all interact and strongly affect species incorporation and defect formation in the crystal
• b) Time-dependent modeling: use of various simulation modes (ex: quasi-steady, quasi-dynamic, inverse or direct dynamic models in Cz growth)
Stream
function
psi 7.4E-05 7.1E-05 6.8E-05 6.5E-05 6.2E-05 5.8E-05 5.5E-05 5.2E-05 4.9E-05 4.6E-05 4.3E-05 4.0E-05 3.6E-05 3.3E-05 3.0E-05 2.7E-05 2.4E-05 2.1E-05 1.7E-05 1.4E-05 1.1E-05 8.0E-06 4.8E-06 1.7E-06 -1.5E-06 -4.7E-06
1. Numerical strategy (cont’d)
Heat shield
Typical FEMAG-CZ global unstructured
mesh
- crystal quality ? - process yield ? - energy consumption ? - production rate ?
FEMAGSoft © 2013
Introduction (cont’d)
Main difficulties:
– Multi-physics: heat and mass transport in the melt and the gas, turbulence, radiation transfer, etc., all interact and strongly affect species incorporation and defect formation in the crystal
• b) Time-dependent modeling: use of various simulation modes (ex: quasi-steady, quasi-dynamic, inverse or direct dynamic models in Cz growth)
全球半导体晶体生长建模著名商业软件FEMAG 横向磁场直拉硅晶体生长的全局模拟 优质课件
FEMAGSoft © 2013
Cz Si growth under a TMF (cont’d)
Flow and global heat transfer in a silicon Cz puller
under the effect of a TMF (quasi-steady simulation)
Main modeling hypothesis:
- the viewed and hidden parts are calculated as axisymmetric
- or, equivalently, each surface of the enclosure is viewed as axisymmetric from the other surfaces
dH = L Ha-1 (L = Rs or Rc). Typically dH = 0.05 - 0.08 mm in industrial furnaces.
FEMAGSoft © 2013
Cz Si growth under a TMF (cont’d)
Transverse magnetic fields: FLET method
Bottom: velocity field magnitude and crosssection showing a sharp Hartmann layer along the melt-crucible interface.
FEMAGSoft © 2013
Cz Si growth under a TMF (cont’d)
Hypothesis:
Objective: global, quasi-steady or time-dependent calculations at a reasonable cost
晶体生长建模软件FEMAG介绍（八）--FEMAGPVT（物理气相传输法）
晶体⽣长建模软件FEMAG介绍（⼋）--FEMAGPVT（物理
⽓相传输法）
FEMAG/PVT软件的主要功能
FEMAG/PVT软件⽤于模拟物理⽓相传输法（Physical Vapor Transport process，PVT）晶体⽣长⼯艺，可以⽤于碳化硅单晶体、氮化铝、氧化锌多晶体等的PVT法⽣长⼯艺过程的模拟。
FEMAG/PVT软件的典型应⽤
FEMAG/PVT软件的典型应⽤是模拟碳化硅单晶的PVT法⽣长过程。
图1是碳化硅晶⽚。
碳化硅（SiC）是⼀种优质的宽带隙半导体材料，具有宽禁带、⾼击穿电场、⾼热导率、⾼饱和电⼦漂移速率等优点，可以满⾜⾼温、⼤功率、低损耗⼤直径器件的需求。
SiC单晶⽆法经过熔融法形成，⽽基于改进型Lely法的升华⽣长技术——物理⽓相传输法是获得SiC单晶的常⽤⽅法。
PVT法制备SiC单晶的⽣长原理是：⾼纯SiC粉源在⾼温下分解形成⽓态物质（主要为Si、SiC2、Si2C），这些⽓态物质在过饱和度的驱动下，升华⾄冷端的籽晶处进⾏⽣长。
过饱和度是由籽晶与粉源之间的温度梯度引起的。
图2是利⽤FEMAG/PVT软件计算碳化硅沉积腔内的温度梯度的结果。
晶体生长计算软件FEMAG系列之晶体生长方法介绍 ppt课件
16
FEMAGSoft © 2010
定向凝固法（DSS）
在过去几年半导体晶体生长制造商都因采用直拉
法/垂直梯度凝晶体固生长法计（算软件CFZE/MVAGG系F列）之 而获益
晶体生长方法介绍
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FEMAGSoft © 2010
定向凝固法（DSS）
定向凝固法工艺的主要问题：
增加产出 晶粒尺寸的控制和增大 掺杂/杂质（ C/N ）分布 位错
晶体生长计算软件FEMAG系列之 晶体生长方法介绍
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FEMAGSoft © 2010
晶体生长计算软件FEMAG系列之晶 体生长方法介绍
1
晶体生长计算软件FEMAG 之
晶体生长方法介绍
晶体生长计算软件FEMAG系列之
2
晶体生长方法介绍
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
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FEMAGSoft © 2010
ห้องสมุดไป่ตู้
String Ribbon法 (Evergreen Solar Inc.专利设计)
硅晶体生长方法
导模法（EFG）
晶体生长计算软件FEMAG系列之 晶体生长方法介绍
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FEMAGSoft © 2010
热场设计的重要性
晶体生长的首要问题是设计适合的热场和 相应的操作条件，这不仅决定了晶体的主 要特性，对于每个集成电路晶片制造商而 言，也是最主要的核心技术所在。
FEMAGSoft © 2010
定向凝固法的热点问题
晶体生长计算软件FEMAG系列之 晶体生长方法介绍
利用晶体生长软件FEMAG对蓝宝石晶体生长的仿真计算方法ppt课件
RADIATION
CONVECTION CONDUCTION
MESH
GEOMETRY
…
FEMAG3 NEW 2011 •Very accurate : Finite Element and Spectral methods •Very efficient : 3D simulations in less 1 day •Very flexible : Very fast development of new demand
Specifications: - Temperature in the sapphire and in all furnace components by solving the
global heat transfer in the furnace (radiation, conduction , convection). - Flow velocity in the sapphire liquid phase. - Crystallization front shape - Ohmic and Induction Heating - Advanced radiation heat transfer in the sapphire - Gas convection - Anisotropic thermal stresses in the crystal
Page 11
CONFIDENTIAL
Global simulations
No simplification of the process conditions
Page 12
HEM Furnace for Sapphire
Czochralski Furnace for Silicon
利用晶体生长软件FEMAG对蓝宝石晶体生长的仿真计算方法ppt课件
RADIATION
CONVECTION CONDUCTION
MESH
GEOMETRY
…
FEMAG3 NEW 2011 •Very accurate : Finite Element and Spectral methods •Very efficient : 3D simulations in less 1 day •Very flexible : Very fast development of new demand
CZ process with Induction Heating system
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Melt velocity amplitude
CONFIDENTIAL
FEMAG-CZ/OX / CZ and KYROPOULOS process
Temperature field in the melt
Local temperature field
BLM mesh enables a better prediction of the crystalisation interface
Page ▪R24esult using coarse mesh
Result using BLM mesh FEMAGSoft © 2012
利用晶体生长软件FEMAG 对蓝宝石晶体生长仿真模拟方法
Page ▪ 1
FEMAGSoft S.A., Belgium
A SPIN-OFF company from
Universite catholique de Louvain Belgium
Professor F. Dupret
CONFIDENTIAL
▪ Time Dependent
晶体生长仿真软件FEMAG-CUSP磁场对8英寸半导体级硅晶体生长的影响PPT文档共33页
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
晶体生长仿真软件FEMAG-Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱSP磁场对 8英寸半导体级硅晶体生长的影响
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
《晶体生长》PPT课件
4
(2)液相生长:液体固体
• 溶液中生长
从溶液中结晶 当溶液达到过饱和时，才能析出晶体.
可在低于材料的熔点温度下生长晶体，因此它们特别适合于
制取那些熔点高，蒸汽压大，用熔体法不易生长的晶体和薄膜 ；
如GaAs液相外延(LPE-liquid phase epitaxy)
• 熔体中生长
从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说， 只有当熔体过冷却时晶体才能发生。
粗糙界面也称“非小晶面”或“非小平面”。
光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下 少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。
光滑界面也称“小晶面”或“小平面”。
2021/4/25
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四、晶体生长的两种主要理论(了解)
一 层生长理论
• 柯塞尔1927年首先提出,后来被斯特兰斯基加以发展
• 直拉法、区熔法生长单晶硅棒，外延法生长单晶 硅薄膜。
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• 直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二 极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可 控制在Φ3~8英寸。
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结论:
过饱和度或过冷度越大,Δgv大, r*, ΔG*越小,晶核越
易形成，易形成多晶 生长单晶时, 过饱和度,过冷度要尽量的小,r*, ΔG*越
大,晶核越难形成,易形成单晶.
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2.多个晶核生长
1)成核率:单位体积,单位时间内形成的晶核数(I) 成长率:新相在单位时间内线性增长值
半导体材料
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第三章 晶体生长
3-1 晶体生长的理论基础
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利用晶体生长计算软件FEMAG进 行晶体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
• FEMAG软件是世界上第一款商业的材料晶体生长数值模拟软件，由比利时 新鲁汶大学教授Dr. François Dupret于20世纪80年代中期领导开发。
• Dr. François Dupret是第二届晶体生长模型国际研讨会主席、EUROTHERM相 变热力学研讨会联合主席、机械工程学位委员会主席，曾担任国际晶体生 长（Journal of Crystal Growth）期刊主编。
• FEMAG软件拥有国际上最先进、最高效、最全面的晶体生长工艺模拟技术 和多物理场耦合仿真功能，可模拟的晶体生长工艺包括提拉法（柴氏法，Cz 法）、泡生法（Ky法）、区熔法（FZ法）、坩埚下降法（垂直布里兹曼法， VB法）、物理气相传输法（PVT法）等，广泛应用于集成电路、太阳能光伏 、半导体、蓝宝石等领域。ON Semiconductor（安森美半导体）、美国 Kayex、Siltronic（世创电子材料）、AXT（美国晶体技术集团）、韩国 Nexolon、LG、韩国汉阳大学、Norut（挪威北方研究所）、日本SUMCO集团 、Gritek（有研新材料）、天津环欧半导体材料、中环股份、北京有色金属 研究总院、清华大学等企业和科研机构，均是FEMAG软件的用户。
FEMAG定向凝固模拟软件用于设计新的热场，并研发新的 方法以满足新的商业需求点，比如： ✓晶体微结构 ✓优化 ✓扩大生产规模
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行 晶体生长计算仿真的结果图
目前，FEMAG软件包括以下六款产品： ✓FEMAG/CZ——FEMAG提拉法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG CZ/OX——FEMAG提拉/泡生法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/FZ——FEMAG区熔法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/DS——FEMAG三维定向凝固模拟软件 ✓FEMAG/VB——FEMAG VB/VGF法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/PVT——FEMAG物理气相传输法晶体生长模拟软 件
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
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区熔法工艺的等温线预测
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行 晶体生长计算仿真的结果图
FEMAG定向凝固模拟软件（FEMAG-DS）适用于铸锭定向 凝固过程工艺（DS, HEM, VB, VGF）
利用晶体生长计算软件FEMAG进行 晶体生长计算仿真的结果图
FEMAG软件已在以下行业中得到了广泛的应用： ✓半导体用单晶硅生产与研发 ✓太阳能光伏用单晶硅、多晶硅锭生产与研发 ✓集成电路级单晶硅生产与研发 ✓航空发动机涡轮叶片单晶高温合金生产与研发 ✓LED光电技术用氧化物晶体和蓝宝石晶体生产与研发 ✓晶体生长熔炉设计与生产
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
FEMAG直拉法模拟软件（FEMAG-CZ）用于模拟直拉法工艺（包括Cz, MCz, VCz,泡生法）。
FEMAG-CZ直拉法模拟软件用于新的热场设计，并研发新的方法以满足新 的商业需求点，比如：
✓大直径晶锭生长 ✓无缺陷硅晶锭生长 ✓提高成品率 ✓氧含量控制 ✓降低碳含量 ✓晶锭半径和沿轴向的电阻率差异减小 ✓CCZ工艺仿真 ✓磁场设计 ✓蓝宝石生长工艺设计
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生 长计算仿真的结果图
✓所有仿真图片来自
✓文字on(FEMAG晶体生长模拟软件介 绍资料和参考论文)
利用晶体生长计算软件FEMAG进行 晶体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生 长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行 晶体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMபைடு நூலகம்G进行晶 体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生 长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生 长计算仿真的结果图
FEMAG区熔法软件（FEMAG-FZ）用于模拟区熔法 生长工艺 （FZ, PFZ）
FEMAG区熔法软件专注于设计新的热场，并研发 新的方法以满足新的商业需求点，比如： ✓无缺陷晶锭生长 ✓提高成品率 ✓节省R&D成本
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
• FEMAG软件是世界上第一款商业的材料晶体生长数值模拟软件，由比利时 新鲁汶大学教授Dr. François Dupret于20世纪80年代中期领导开发。
• Dr. François Dupret是第二届晶体生长模型国际研讨会主席、EUROTHERM相 变热力学研讨会联合主席、机械工程学位委员会主席，曾担任国际晶体生 长（Journal of Crystal Growth）期刊主编。
• FEMAG软件拥有国际上最先进、最高效、最全面的晶体生长工艺模拟技术 和多物理场耦合仿真功能，可模拟的晶体生长工艺包括提拉法（柴氏法，Cz 法）、泡生法（Ky法）、区熔法（FZ法）、坩埚下降法（垂直布里兹曼法， VB法）、物理气相传输法（PVT法）等，广泛应用于集成电路、太阳能光伏 、半导体、蓝宝石等领域。ON Semiconductor（安森美半导体）、美国 Kayex、Siltronic（世创电子材料）、AXT（美国晶体技术集团）、韩国 Nexolon、LG、韩国汉阳大学、Norut（挪威北方研究所）、日本SUMCO集团 、Gritek（有研新材料）、天津环欧半导体材料、中环股份、北京有色金属 研究总院、清华大学等企业和科研机构，均是FEMAG软件的用户。
FEMAG定向凝固模拟软件用于设计新的热场，并研发新的 方法以满足新的商业需求点，比如： ✓晶体微结构 ✓优化 ✓扩大生产规模
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
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目前，FEMAG软件包括以下六款产品： ✓FEMAG/CZ——FEMAG提拉法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG CZ/OX——FEMAG提拉/泡生法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/FZ——FEMAG区熔法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/DS——FEMAG三维定向凝固模拟软件 ✓FEMAG/VB——FEMAG VB/VGF法晶体生长模拟软件 ✓FEMAG/PVT——FEMAG物理气相传输法晶体生长模拟软 件
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
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利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
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区熔法工艺的等温线预测
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶 体生长计算仿真的结果图
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FEMAG定向凝固模拟软件（FEMAG-DS）适用于铸锭定向 凝固过程工艺（DS, HEM, VB, VGF）
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FEMAG软件已在以下行业中得到了广泛的应用： ✓半导体用单晶硅生产与研发 ✓太阳能光伏用单晶硅、多晶硅锭生产与研发 ✓集成电路级单晶硅生产与研发 ✓航空发动机涡轮叶片单晶高温合金生产与研发 ✓LED光电技术用氧化物晶体和蓝宝石晶体生产与研发 ✓晶体生长熔炉设计与生产
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
FEMAG直拉法模拟软件（FEMAG-CZ）用于模拟直拉法工艺（包括Cz, MCz, VCz,泡生法）。
FEMAG-CZ直拉法模拟软件用于新的热场设计，并研发新的方法以满足新 的商业需求点，比如：
✓大直径晶锭生长 ✓无缺陷硅晶锭生长 ✓提高成品率 ✓氧含量控制 ✓降低碳含量 ✓晶锭半径和沿轴向的电阻率差异减小 ✓CCZ工艺仿真 ✓磁场设计 ✓蓝宝石生长工艺设计
利用晶体生长计算软件FEMAG进行晶体生长计 算仿真的结果图
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✓文字on(FEMAG晶体生长模拟软件介 绍资料和参考论文)
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FEMAG区熔法软件（FEMAG-FZ）用于模拟区熔法 生长工艺 （FZ, PFZ）
FEMAG区熔法软件专注于设计新的热场，并研发 新的方法以满足新的商业需求点，比如： ✓无缺陷晶锭生长 ✓提高成品率 ✓节省R&D成本