Einsatz von Magnetfeldern bei der Silizium-Czochalski-Kristallzüchtung

Eine kontaktlose Beeinflussung der konvektiven Strömung in der Schmelze ist in vielen Kristallzüchtungstechnologien von großer Bedeutung. Gewöhnlich werden stationäre magnetische Felder benutzt, um solche Strömungen zu dämpfen. Überraschenderweise können auch aktive Strömungsantriebskräfte, die von instationären magnetischen Feldern erzeugt werden, von stabilisierendem Charakter sein. Wir stellen Resultate der numerischen Simulation der kombinierten Wirkung von homogenen und linearen stationären Magnetfeldern für die Silizium-Czochalski-Kristallzüchtung und von homogenen und rotierenden Magnetfeldern für die Bridgman-Anordnung vor. Es werden bei der Czochalski-Geometrie nicht nur die thermische Konvektion und die Rotation des Kristalls und des Tiegels in Betracht gezogen, sondern auch der Einfluß der antreibenden und/oder dämpfenden elektromagnetischen Kräfte sowie der Einfluß des induzierten elektrischen Stromes und der thermokapillar angetriebenen Strömungen an der freien deformierbaren Schmelzoberfläche. Aufgrund der hohen Reynolds-Zahl der Strömung ist die numerische Simulation laminar nicht mehr möglich. Es werden vergleichende Rechnungen mit einem Null-Gleichungs-Turbulenzmodell, das auf der Prandtl´schen Mischungsweg-Hypothese basiert, und einem anisotropen k-epsilon Turbulenzmodell durchgeführt.