英文
magneticfieldapplied Czochralski crystal growth
简介
半导体晶体生长方法之一，简称MCZ法，是在直拉法(CZ法)单晶生长的基础上对坩埚内的熔体施加一强磁场，使熔体的热对流受到抑制。因而除磁体外，主体设备如单晶炉等并无大的差别。其基本原理为，在熔体施加磁场后，则运动的导电熔体体元受到洛伦兹力f的作用。
式中e为熔体体元具有的电荷，v为体元运动速度，
为磁场强度，C为光速。根据可知，穿过磁力线运动的导电熔体内部便产生与移动方向和磁场方向相垂直的电流。此电流与磁力线作用，使导电熔体受到与移动方向相反的作用力，熔体流动便受到阻碍。可把洛伦兹力抑制熔体热对流效应理解为磁场增加了熔体的动粘度。磁流体力学中表征这种效应常由哈特曼常数M来表示。
式中μ为磁导率，N/A2;H为磁场强度，A/m2;δ为电导率，Ω-1cm-1;ρ为熔体密度，g/cm3，v为粘滞系数，cm2/s;D为坩埚直径，cm。根据测量结果表明，当磁场的磁感应强度达到0.15T时，熔体的流动速度可降低几十倍。
图1 HMCZ(水平磁场控制直拉法)
图2 VMCZ(垂直磁场控制直拉法)
加上磁场后，改变了整个熔体的流动状态及杂质面处于非常平稳的状态下生长。如对硅单晶而言，改善了CZ方法中由于熔体热对流存在引起的氧含量增加、电阻率均匀性差、微缺陷密度高以及来自坩埚杂质污染使单晶纯度降低等缺点。人们普遍认为，MCZ硅单晶具有FZ和CZ单晶共有的优点。MCZ砷化镓和锑化镓单晶具有生长条纹轻、缺陷密度低等特点，因而MCZ方法在化合物半导体领域也有较好的应用前景。
当前，半导体单晶直径日趋大型化，装料量不断增加，导致热对流不断强化的情况下，MCZ方法将具有更大的潜在优势。因而该方法被认为是80年代初在半导体单晶制备技术中出现的一种具有良好发展前景的新工艺，将会得到比较广泛的应用。
根据施加磁场方向，可分为水平磁场(HMCZ)和垂直磁场(VMCZ)两种。如图1、2所示。按目前应用效果来看，前者对控制硅单晶中氧含量和提高其均匀分布有显著的效果，故而多用于硅单晶生长方面，而后者则多用于化合物半导体单晶生长方面。作为磁场发生装置，可分为常规磁体和超导磁体两种。前者技术简单，操作方便，但磁体的体积和耗电量都比较大。后者磁体体积和耗电量比较小，但技术比较复杂。当前常规磁体和超导磁体在实际工作中均被采用。