FEMAG晶体生长数值模拟技术在医疗行业的应用
1、医疗器械与晶体应用
近十年来随着医疗技术的高速发展，医疗器械升级换代也越来越快，医疗技术和设备不断革新。不少曾经的疑难杂症在新的医疗检测和治疗手段下都能收到很好的康复效果。
现代医疗设备和传统设备相比，最大的特点是高灵敏度高精确度以及高度自动化，现代医疗器械的发展离不开晶体的应用。例如磁核共振，激光探针，CT扫描，造影显影以及各种光学探测仪、传感器，还有最新的激光治疗仪、激光手术刀等，在这些尖端设备里晶体不仅仅只是作为半导体集成电路和芯片的核心元件，同时还作为各种检测传感元件，在医疗探测和检测器中发挥着巨大作用。
例如硅晶体，是医疗器械中自动控制和反馈集成电路的载体；蓝宝石，YAG晶体等是激光治疗仪激光手术刀的核心。此外还有大量的晶体材料作为敏感器件应用于血压，声压，脉搏的监测以及生化物质的检验。
因此，对于医疗行业而言，晶体质量的好坏将会直接影响医疗仪器的精准度、可靠度，严重的晶体缺陷可能会导致误诊，引发医疗事故。此外据统计，晶体的成本在医疗器械成本中占有很大的比重。因此如何提高晶体质量并降低晶体生产成本，对于提高医疗设备的可靠度和普及度具有非常重要和深远的意义。
2、FEMAG解决方案
工业上晶体多通过熔体生长法来制备，例如单晶硅，蓝宝石，YAG等晶体可以通过提拉法，区熔法，坩埚下降法，定向凝固法等方法制备，如何控制生长条件，优化生长炉体结构和精确分析热场流场，是提高晶体质量，降低成本的关键。
FEMAG软件是一款专业的晶体生长模拟软件，对于典型的晶体生长工艺，例如提拉法、区熔法、定向凝固法以及坩埚下降法等，都能获得世界领先的仿真精度，能够优化单晶硅，蓝宝石，YAG等晶体的生产质量，提高生产效率和成品率，大幅降低医疗器械中晶体的成本，提高医疗器械精度和可靠度。
利用FEMAG可以实现：
（1）全局的熔体气体对流与热场分析
利用FEMAG/CZ在不同气体流量下（500，1500，3000，4500L/h）对直拉法单晶硅的全局对流模拟，其中（a）、（b）是热场图（c）、（d）是流场图。利用FEMAG可以优化晶体生长工艺，优化热场，提高晶体质量，减小能耗。
图2.1不同气体流量下的熔体气体对流
（2）晶体缺陷预测分析
利用FEMAG可以分析晶体生长过程的含氧量分布以及空位和缺陷浓度预测，为晶体生长质量优化提供依据。
图2.2 FEMAG/CZ缺陷分析（a）温度场（b）Ci-Cv缺陷（c）Ci-Cv缺陷
（3）熔体特殊流场分析
FEMAG软件具有先进的流体分析算法，对定向凝固等工艺中复杂流体模式（例如Marangon效应）能够获得精确的分析结果。
图2.3 FEMAG/DS分析Marangoni效应下的流场和温度场
（4）磁场与流场耦合分析
对于晶体生长工艺中常用的坩埚旋转与外加磁场优化，FEMAG也能够提供复杂耦合场作用下晶体生长过程的精确模拟，为工艺优化提供参考。
图2.4（a）无旋转无磁场 （b）无旋转有磁场 （c）有旋转有磁场
除此以外，FEMAG软件还支持晶体生长炉体优化设计，掺杂物浓度预测分析，热应力分析等功能。FEMAG能够全面优化晶体生长工艺，解决晶体生长的关键技术，为提高企业经济效益提供可靠的服务与支持。
3、关于FEMAG软件
北京云道智造科技有限公司于于2021年4月正式收购由比利时新鲁汶大学教授Dr. François Dupret领导开发的用于晶体生长的FEMAG软件。FEMAG软件拥有国际上先进、高效、全面的晶体生长工艺模拟技术和多物理场耦合仿真分析功能，可模拟各种晶体生长工艺，包括提拉法（Cz）、泡生法（Ky）、区熔法（FZ）、垂直布里奇曼法（VB）、垂直梯度凝固法（VGF）、定向凝固法（DS）、热交换法（HEM）以及物理气相传输法（PVT）等。FEMAG软件在集成电路、太阳能光伏、半导体芯片、蓝宝石、单晶高温合金等领域具有广泛的应用。
- FEMAG/CZ—FEMAG 提拉法晶体生长模拟软件
- FEMAG/CZ/OX—FEMAG 化合物提拉/泡生法晶体生长模拟软件
- FEMAG/FZ—FEMAG 区熔法晶体生长模拟软件
- FEMAG/DS—FEMAG 定向凝固法生长模拟软件
- FEMAG/VB—FEMAG VB/VGF 法晶体生长模拟软件
- FEMAG/HEM—FEMAG 热交换法晶体生长模拟软件
- FEMAG/PVT—FEMAG 物理气相传输法晶体生长模拟软件
经过三十多年的开发与完善，FEMAG软件以其深厚的晶体生长理论基础、高效稳健的数值算法，业已在晶体生长数值计算领域处于国际领先地位。FEMAG软件可以高效地模拟晶体生长工艺以及预测晶体生长的质量，有力地促进了晶体生长技术相关的生产与研发工作。FEMAG软件已在以下领域中得到了广泛的应用：
- 光学级单晶锗的生长
- 晶体生长熔炉的设计
- YAG功能晶体的生长
- GaAs、CdTe晶体的生长
- 半导体、集成电路级单晶硅的生长
- 第三代半导体材料SiC晶体的生长
- 太阳能光伏单晶硅、多晶硅锭的生长
- 航空发动机涡轮叶片单晶高温合金的生长
- 氧化物（蓝宝石）、卤化物等LED光电晶体的生长
