随着我国推进中国制造2025的战略发展,国产芯片的研发及制造成为此发展战略的重要环节。对于芯片衬底材料之一的单晶硅的发展,提出了更高的要求。如何产业化大直径单晶硅片和如何控制单晶硅片中的本征点缺陷以及杂质缺陷成为了业界关注的重点。而对于新型的硅片热处理工艺(RTP技术)的“内吸杂”结构而言,在其热处理过程中内部微观结构演变行为的研究更是重中之重。随着计算机性能的不断提高以及实验成本的升高,应用计算机技术来进行研究的模拟方法越来越受到重视。其中,金茨堡-朗道理论的相场方法成为研究材料介-微观缺陷的重要手段。基于此方法,通过建立相应的相场模型、数值化处理、计算机编程、程序运算及结果输出、模拟结果的可视化分析等,可以完成材料微缺陷行为演变的模拟,对分析这些微缺陷及其形成机理有重要的意义。目前,使用相场法进行材料组织结构演变的模拟研究非常多。然而,针对单晶硅片中氧沉淀等缺陷在退火过程当中演变行为的相场模拟研究鲜有报道。因而,本文采用相场法建立了 RTP处理后单晶硅圆片内氧聚集体(V-O2对)演变行为的相场模型,完成了它在低温退火过程中演变行为的仿真,比较客观地探究了相关的演变规律。首先,基于晶体学、材料热力学、晶体点缺陷理论、相场理论以及单晶硅圆片制造技术,提出了在初始点缺陷浓度随机分布条件下经RTP处理的单晶硅圆片在后续低温退火过程中氧聚集体(V-O2对)演变的相场模型和关键模拟技术,确定了相应的仿真算法,且通过Matlab语言实现了模拟应用程序的编写。其次,以一个简化的模拟系统为研究对象,基于应用程序,开展不同的初始平均空位浓度和低温退火温度对于低温退火期间单晶硅圆片中氧聚集体演变影响的模拟研究;通过模拟结果与已有规律和文献结论的比较,检验所建相场模型及其关键模拟技术的合理性。然后,针对简化的模拟系统,进一步开展不同的初始空位浓度分布状态对单晶硅圆片中氧聚集体演变影响的模拟研究。最后,基于创建的相场模型及其关键模拟技术,研究氧原子浓度均匀随机分布和硅原子浓度均匀分布的初始状态对单晶硅圆片中氧聚集体演变的综合影响。研究结果表明,本文所建模型和关键模拟技术具有可信的热力学和实验基础,所模拟的规律和定量结果可得到相关的理论分析、实际经验及文献的支持,即:随着低温退火时间增加,初始的非平衡态空位浓度场最终转变为集中于其平均值的平衡态空位浓度场,且均匀随机分布的空位浓度场转变过程相比正态随机分布较长;氧聚集体数量随低温退火时间变化呈线性增长,均匀随机和均匀的初始空位浓度分布所对应的氧聚集体数量变化速率相比正态随机分布较快,模拟的氧聚集体平衡数量与文献报道基本相同,随着初始平均空位浓度和低温退火温度的降低、氧聚集体数量演变趋势减弱;初始的均匀分布硅原子浓度和均匀随机分布氧原子浓度对空位浓度的变化以及氧聚集体的变化有一定影响,导致低温退火初期空位浓度变化速率的增加和氧聚集体数量变化速率的减小,但对氧原子浓度变化没有影响。