Optimasi Medan Termal Melalui Simulasi Numerik untuk Pertumbuhan Kristal Tunggal GaSb Berkualitas Tinggi

Abstrak
Sebagai bahan semikonduktor III–V yang penting untuk aplikasi inframerah, kristal tunggal galium antimonida (GaSb) memerlukan kualitas tinggi dengan kesempurnaan kisi yang sangat baik, sehingga perlu untuk membangun medan termal yang ideal selama proses pertumbuhan Czochralski (LEC) yang dienkapsulasi cairan. Dalam studi ini, simulasi numerik transien global dilakukan untuk menganalisis efek parameter pertumbuhan pada distribusi suhu, struktur konveksi lelehan, dan defleksi antarmuka padat–cair selama pertumbuhan LEC kristal GaSb berdiameter 3 inci. Selain itu, pemanas bawah yang inovatif diperkenalkan untuk mengoptimalkan distribusi termal. Hasil simulasi menunjukkan bahwa jumlah pusaran lelehan berkurang dari tiga menjadi dua saat laju putaran wadah peleburan adalah 2 rpm, yang secara signifikan mengurangi defleksi antarmuka padat–cair. Laju penarikan 8 mm/jam mengurangi panas berlebih lokal pada antarmuka, sehingga meminimalkan defleksi dan mendorong pertumbuhan yang stabil. Penambahan pemanas bawah meningkatkan distribusi suhu lelehan, mengurangi intensitas aliran lelehan, dan meningkatkan kerataan antarmuka. Kepadatan lubang etsa rata-rata (EPD) substrat GaSb 3 inci (100) berkurang dari 2842 menjadi 147 cm⁻ 2 setelah pengoptimalan medan termal, yang menunjukkan pengurangan kepadatan dislokasi sebesar 94,8%. Pekerjaan ini menetapkan kerangka kerja yang dapat diskalakan untuk pengoptimalan pertumbuhan kristal semikonduktor majemuk.