硅片制備--多晶硅铸锭炉和单晶炉.docVIP

本文由hlconsulting贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第二节 硅片制备中的热工设备 --单晶炉和多晶硅铸锭炉 一、 单晶炉 目前在所有安装的太阳电池中，超过90%以上的是 晶体硅太阳电池，因此位于产业链前端的硅锭/片 的生产对整个太阳电池产业有着很重要的作用。 ? 太阳电池硅锭主要有单晶硅锭和多晶硅锭，这两 种硅锭。 –单晶硅做成的电池效率高，但硅锭生产效率低，能耗 大； –多晶硅电池效率比单晶硅低一些，但硅锭生产效率高， 在规模化生产上较有优势。 目前国际上以多晶硅硅锭生产为主，而国内由于 人工成本低，国产单晶炉价格低，因此国内单晶 硅硅锭的产能比多晶硅大得多。 1 太阳电池单晶硅锭生产技术 1.1 切克劳斯基法（Czochralsik： CZ 法） 1917年由切克斯基建立的一种晶体生长方法 现成为制备单晶硅的主要方法。 ? 把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚，在硅单晶炉内 熔化；然后用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔 体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶 ，晶体便在籽晶下端生长。 CZ 法是利用旋转着 的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法， 又称直拉法 直拉单晶炉及其基本原理 多晶硅硅料置于坩埚中经加 热熔化，待温度合适后，经 过将籽晶浸入、熔接、引晶、 放肩、转肩等径、收尾等步 骤，完成一根单晶硅锭的拉 制。 ? 炉内的传热、传质、流体力 学、化学反应等过程都直接 影响到单晶的生长及生长成 的单晶的质量。 ? 拉晶过程中可直接控制的参 数有温度场、籽晶的晶向、 坩埚和生长成的单晶的旋转 及提升速率，炉内保护气体 的种类、流向、流速、压力 等。 优缺点 直拉法设备和工艺比较简单 设备和工艺比较简单，容易实现自 设备和工艺比较简单 动控制；生产效率高，易于制备大直径单 晶；容易控制单晶中杂质浓度，可以制备 低阻单晶。 ? 但用此法制单晶硅时，原料易被坩埚污染 易被坩埚污染， 易被坩埚污染 硅单晶纯度降低，拉制的硅单晶电阻率大 于50欧姆·厘米，质量很难控制。 1.2悬浮区熔法（区熔法或 FZ 法） 悬浮区熔法比直拉法出现晚， W·G·Pfann 1952年提出， P·H·keck等人1953年用来提 纯半导体硅。 ? 悬浮区熔法是将多晶硅棒用 卡具卡住上端，下端对准籽 晶，高频电流通过线圈与多 晶硅棒耦合，产生涡流，使 多晶棒部分熔化，接好籽晶 ，自下而上使硅棒熔化和进 行单晶生长，用此法制得的 硅单晶叫区熔单晶。 区熔法有水平区熔和悬浮区熔，前者主要用于锗 提纯及生长锗单晶，硅单晶的生长则主要采用悬 浮区熔法，生长过程中不使用坩埚，熔区悬浮于 多晶硅棒和下方生长出的单晶之间 ? 区熔法不使用坩埚，污染少 不使用坩埚， 不使用坩埚 污染少，经区熔提纯后生长 的硅单晶纯度较高，含氧量和含碳量低。高阻硅 单晶一般用此法生长。 ? 目前区熔单晶应用范围比较窄，不及直拉工艺成 不 成 结构缺陷没有解决。 结构缺陷没有解决 熟，单晶中一些结构缺陷没有解决 1.3基座法 基座法是既象区熔法又象直拉法的一种拉 制单晶方法。用卡具将多晶棒下端卡住， 高频线圈在多晶硅棒上端产生熔区，由上 方插入籽晶，将籽晶慢慢向上提起，生长 出单晶。 ? 基座法制备的单晶纯度高，生长速度快， 污染小能较好的控制电阻率。但此法工艺 不成熟，很难生长大直径硅单晶 很难生长大直径硅单晶。 不成熟 很难生长大直径硅单晶 1.4片状单晶生长法（EFG法） 片状单晶生长法是近几年发展的一种单晶生长技术。 将多晶硅放入石英坩埚中，经石墨加热器加热熔化， 将用石墨或者石英制成的有狭缝的模具浸在熔硅中， 熔硅依靠毛细管作用，沿狭缝升到模具表面和籽晶 融合，用很快的速度拉出。生长片状单晶拉速可达 50毫米/分。 ? 片状单晶生长法现在多采用横向拉制。将有一平缺 口的石英坩埚装满熔硅，用片状籽晶在坩埚出口处 横向引晶，快速拉出片状单晶。片状单晶横向拉制 时结晶性能好，生产连续，拉速快，可达20厘米/ 分 ? 片状单晶表面完整，不须加工或少许加工就可制做 器件；省掉部分切磨抛工艺，大大提高了材料的利 用率。 ? 片状单晶拉制工艺技术高，难度大，温度控制非常 精确，片状单晶工艺技术目前处于研究阶段 处于研究阶段。 处于研究阶段 1.5 气相生长法 气相法生长单晶和三氯氢硅氢还原生长多晶相似。 在适当温度下，三氯氢硅和氢气作用，在单晶籽 晶上逐渐生长出单晶。气相生长法工艺流程简单， 污染少，单晶纯度较高，但是生长速度慢，周期 长，生长条件不