硅晶体生长的分子动力学模拟研究

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1、分类号：密级：UDC：学号：415714012048南昌大学专业学位研究生学位论文硅晶体生长的分子动力学模拟研究MolecularDynamicsSimulationsontheCrystalGrowthofSilicon许文祥培养单位（院、系）：材料科学与工程学院指导教师姓名、职称：周耐根教授专业学位种类：工程硕士专业领域名称：材料工程论文答辩日期：2014年5月29日答辩委员会主席：评阅人：年月日万方数据学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知

2、，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

3、等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京万方数据股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按“章程”规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日论文题目硅晶体生长的分子动力学模拟研究姓名许文祥学号415714012048论文级别博士□硕士■院/系/所材料科学与工程学院专业材料工程联系电话18070503823E_mailxuwenxiang6

4、12@163.com通信地址(邮编)：江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号(330031)备注：□公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，年月后公开）万方数据摘要摘要晶硅太阳电池是太阳能光伏产业的主流，其材料--硅晶体均来源于熔体硅的结晶生长。随着市场对晶体硅质量和降低成本的要求不断提高，有必要对硅的晶体生长开展基础性研究，以更精确地指导硅晶体的生产。本文以硅为研究对象，运用分子动力学方法，首先对比分析了目前常用Si的势函数在描述硅晶体熔化与生长方面的差异，选定了Tersoff势来描述硅体系的原子间相互作用。然后研究了不同

5、生长温度和不同特征生长面条件下硅的晶体生长，结果表明：(1)在SW势、MEAM势、HOEP势、Tersoff势和EDIP势中，EDIP势描述的硅晶体表现出熔化时体积膨胀的异常现象，不适合描述硅晶体生长过程；其它四种势函数描述的硅晶体在定性上都表现出高温熔化、熔化吸热和熔化时体积收缩等基本规律。但通过热力学熔点、热膨胀系数、熔化潜热以及3300K表面熔化速率等数据与实验数据的综合对比发现，Tersoff势相对更适合描述硅晶体的熔化过程，MEAM势次之，SW势相比Tersoff势和MEAM势要差，而HOEP因有悖于热胀冷缩物理规律，

6、而不适合描述硅晶体生长过程。(2)对不同温度下硅晶体的生长模拟研究发现：当温度在1400K至1700K范围内时，晶体生长基本没发生；当温度在1800K至2400K范围内时，硅熔体部分发生了晶体生长，而且生长速率随温度的升高先增大后减小，其中温度为2200K时，硅晶体生长速率最大；而温度达到2500K以上时，因高于熔点（2480K）时，硅晶体会出现熔化现象。并从理论上对硅晶体生长速率与温度关系进行了计算，其结果与分子动力学测定值基本一致。(3)对不同生长面下硅晶体生长研究发现：相同温度下各生长面晶体生长速率不同，而且高温区与低温区

7、生长速率大小顺序也不同。对不同生长面下晶体生长速率与过冷度关系模拟结果表明：不同生长面下过冷度对晶体生长速率影响不同，同一过冷度下各生长面晶体生长速率从大到小依次是：(100)、(112)、(110)、(111)。关键词：硅；晶体生长；势函数；分子动力学模拟I万方数据AbstractABSTRACTCrystallinesiliconsolarcellsarethemainstreamsofphotovoltaicindustries.Therawmaterials,allkindsofsiliconcrystal,comefr

8、omsiliconmeltbycrystalgrowth.Withthemarketrequirementsofincreasingcrystalqualityanddecreasingproductioncost,itisnecessarytocarryout