直拉法单晶硅生长原理及工艺分析.pdfVIP

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直拉法单晶硅生长原理

及工艺分析

马亚苹/文

【摘要】单晶硅作为集成电路和太阳能光伏发电产业的基础材料，成为通讯、微电子

和航空航天等高科技领域中的关键性材料。直拉法是当前制备单晶硅的主要技术之一，本

文重点介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件，并简单介绍了目前几种新型直拉

技术。

【关键词】单晶硅；直拉法；拉晶；生长方式

1单晶硅概念具有较高的纯度，其单晶硅制品性能相对较好。但由于工艺

单晶硅作为一种比较活泼的非金属元素晶体，是晶体材复杂，对设备以及技术要求较为严格，因此生产成本相对较

料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。单晶硅的晶体高，主要被用于制作高反压元件上，如可控硅、整流器、探

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非常完整、材料纯度很高、资源丰富、技术成熟、工作效率测器件等，其产品多应用于太空以及军工领域。

稳定、光电转换效率较其它种类硅太阳能电池高、使用寿命直拉法又称为柴可拉斯基法（Czochralski），简称为

长、对使用环境适应性强，是制备太阳能电池的理想材料。CZ法。其过程相对较为简单，是把硅熔融在石英坩埚中，

2单晶硅生长方法利用旋转籽晶对单晶硅逐渐提拉制备而成，该种方法生产成

自然界中天然单晶硅数量极少，且品质很难满足实际的本相对较低，且能够大量生产，可以生产出高质量、大尺寸

要求，通常利用人工制备的方法获得高品质的硅单晶。制备的半导体级或太阳能级单晶硅片，因此在制备单晶硅过程中

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硅单晶的方法有很多，如直拉法、区熔法、焰熔法、水热法等，被广泛使用。

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其中区熔法和直拉法是目前最常用的方法。3直拉单晶硅发展历史

区熔法，又称Fz法，即悬浮区熔法。区熔法生产单晶直拉法最初是由荷兰科学家Czochralski发明的，但首

硅不使用坩埚，而是将硅棒局部利用线圈进行熔化，在熔区先将直拉法用于单晶硅生长的是Teal和Buehler，他们在

处设置磁托，因而熔区可以始终处在悬浮状态，将熔硅利用1950年使用石英坩埚通过直拉法生长出第一根单晶硅。

旋转籽晶进行拉制，在熔区下方制备单晶硅。该种方法优势最初直拉法生长的单晶硅质量不高，存在高密度的质量

在于，熔区为悬浮态，因而在生长过程中单晶硅不会同任何问题。1958年，Dash在使用细籽晶引晶的基础上将晶体缩

物质接触，并且蒸发效应以及杂质分凝效应较为显著，因此颈至2-3mm后再将晶体放肩生长，得到无位错的单晶硅，

中国粉体工业2023No.129

这一工艺后来被称作“Dash缩晶”工艺，也是后来直拉法生