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《硅片制備--多晶硅鑄錠爐和單晶爐1》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第二節(jié)硅片制備中的熱工設(shè)備--單晶爐和多晶硅鑄錠爐一、單晶爐目前在所有安裝的太陽電池中，超過90%以上的是晶體硅太陽電池，因此位于產(chǎn)業(yè)鏈前端的硅錠/片的生產(chǎn)對(duì)整個(gè)太陽電池產(chǎn)業(yè)有著很重要的作用。太陽電池硅錠主要有單晶硅錠和多晶硅錠，這兩種硅錠。單晶硅做成的電池效率高，但硅錠生產(chǎn)效率低，能耗大；多晶硅電池效率比單晶硅低一些，但硅錠生產(chǎn)效率高，在規(guī)模化生產(chǎn)上較有優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上以多晶硅硅錠生產(chǎn)為主，而國(guó)內(nèi)由于人工成本低，國(guó)產(chǎn)單晶爐價(jià)格低，因此國(guó)內(nèi)單晶硅硅錠的產(chǎn)能比多晶硅大得多。1.1切克勞斯基法（Czochralsik：CZ法）1917年由切克斯基建立的一種晶體生
2、長(zhǎng)方法現(xiàn)成為制備單晶硅的主要方法。把高純多晶硅放入高純石英坩堝，在硅單晶爐內(nèi)熔化；然后用一根固定在籽晶軸上的籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便在籽晶下端生長(zhǎng)。CZ法是利用旋轉(zhuǎn)著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶的方法，又稱直拉法1太陽電池單晶硅錠生產(chǎn)技術(shù)直拉單晶爐及其基本原理多晶硅硅料置于坩堝中經(jīng)加熱熔化，待溫度合適后，經(jīng)過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩等徑、收尾等步驟，完成一根單晶硅錠的拉制。爐內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)、流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等過程都直接影響到單晶的生長(zhǎng)及生長(zhǎng)成的單晶的質(zhì)量。拉晶過程中可直接控制的參數(shù)有溫度場(chǎng)、籽晶的晶向、
3、坩堝和生長(zhǎng)成的單晶的旋轉(zhuǎn)及提升速率，爐內(nèi)保護(hù)氣體的種類、流向、流速、壓力等。優(yōu)缺點(diǎn)直拉法設(shè)備和工藝比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；生產(chǎn)效率高，易于制備大直徑單晶；容易控制單晶中雜質(zhì)濃度，可以制備低阻單晶。但用此法制單晶硅時(shí)，原料易被坩堝污染，硅單晶純度降低，拉制的硅單晶電阻率大于50歐姆·厘米，質(zhì)量很難控制。1.2懸浮區(qū)熔法（區(qū)熔法或FZ法）懸浮區(qū)熔法比直拉法出現(xiàn)晚，W·G·Pfann1952年提出，P·H·keck等人1953年用來提純半導(dǎo)體硅。懸浮區(qū)熔法是將多晶硅棒用卡具卡住上端，下端對(duì)準(zhǔn)籽晶，高頻電流通過線圈與多晶硅棒耦合，產(chǎn)生渦流，使多晶棒部分熔化，接好
4、籽晶，自下而上使硅棒熔化和進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，用此法制得的硅單晶叫區(qū)熔單晶。區(qū)熔法有水平區(qū)熔和懸浮區(qū)熔，前者主要用于鍺提純及生長(zhǎng)鍺單晶，硅單晶的生長(zhǎng)則主要采用懸浮區(qū)熔法，生長(zhǎng)過程中不使用坩堝，熔區(qū)懸浮于多晶硅棒和下方生長(zhǎng)出的單晶之間區(qū)熔法不使用坩堝，污染少，經(jīng)區(qū)熔提純后生長(zhǎng)的硅單晶純度較高，含氧量和含碳量低。高阻硅單晶一般用此法生長(zhǎng)。目前區(qū)熔單晶應(yīng)用范圍比較窄，不及直拉工藝成熟，單晶中一些結(jié)構(gòu)缺陷沒有解決。1.3基座法基座法是既象區(qū)熔法又象直拉法的一種拉制單晶方法。用卡具將多晶棒下端卡住，高頻線圈在多晶硅棒上端產(chǎn)生熔區(qū)，由上方插入籽晶，將籽晶慢慢向上提起，生長(zhǎng)出單
5、晶。基座法制備的單晶純度高，生長(zhǎng)速度快，污染小能較好的控制電阻率。但此法工藝不成熟，很難生長(zhǎng)大直徑硅單晶。1.4片狀單晶生長(zhǎng)法（EFG法）片狀單晶生長(zhǎng)法是近幾年發(fā)展的一種單晶生長(zhǎng)技術(shù)。將多晶硅放入石英坩堝中，經(jīng)石墨加熱器加熱熔化，將用石墨或者石英制成的有狹縫的模具浸在熔硅中，熔硅依靠毛細(xì)管作用，沿狹縫升到模具表面和籽晶融合，用很快的速度拉出。生長(zhǎng)片狀單晶拉速可達(dá)50毫米/分。片狀單晶生長(zhǎng)法現(xiàn)在多采用橫向拉制。將有一平缺口的石英坩堝裝滿熔硅，用片狀籽晶在坩堝出口處橫向引晶，快速拉出片狀單晶。片狀單晶橫向拉制時(shí)結(jié)晶性能好，生產(chǎn)連續(xù)，拉速快，可達(dá)20厘米/分片狀單
6、晶表面完整，不須加工或少許加工就可制做器件；省掉部分切磨拋工藝，大大提高了材料的利用率。片狀單晶拉制工藝技術(shù)高，難度大，溫度控制非常精確，片狀單晶工藝技術(shù)目前處于研究階段。1.5氣相生長(zhǎng)法氣相法生長(zhǎng)單晶和三氯氫硅氫還原生長(zhǎng)多晶相似。在適當(dāng)溫度下，三氯氫硅和氫氣作用，在單晶籽晶上逐漸生長(zhǎng)出單晶。氣相生長(zhǎng)法工藝流程簡(jiǎn)單，污染少，單晶純度較高，但是生長(zhǎng)速度慢，周期長(zhǎng)，生長(zhǎng)條件不易控制，生長(zhǎng)的單晶質(zhì)量較差。1.6鑄錠法用鑄錠法生長(zhǎng)單晶是國(guó)外近幾年發(fā)展的一種生長(zhǎng)硅單晶方法。它象金鑄錠一樣生長(zhǎng)硅單晶，此法生長(zhǎng)硅單晶雖然工藝程流程簡(jiǎn)單，生長(zhǎng)速度快，成本低，但是生長(zhǎng)單晶質(zhì)量
7、差。一般用于制造太陽能電池器件。1.7液相外延生長(zhǎng)法用外延法生長(zhǎng)單晶，有氣相外延和液相外延兩種方法。它們都是在一定條件下，在經(jīng)過仔細(xì)加工的單晶片襯底上，生長(zhǎng)一層具有一定厚度，一定電阻率和一定型號(hào)的完整單晶層，這種單晶生長(zhǎng)過程叫外延。通過氣相在襯底上生長(zhǎng)外延層叫氣相外延，通過液相在襯底上生長(zhǎng)外延層叫液相外延。外延生長(zhǎng)可以改善單晶襯底表面性能，提高單晶電子特性。外延生長(zhǎng)速度一般很慢。硅單晶的生產(chǎn)方法以直拉法和區(qū)熔法為主，世界硅單晶產(chǎn)量，其中70～80%是直拉法生產(chǎn)，20～30%是區(qū)熔和其它方法生產(chǎn)的。我國(guó)目前生產(chǎn)的直拉硅單晶直徑普遍水平Φ40～Φ50毫米，Φ75
8、毫米直拉單晶也能生產(chǎn)，但比較少，國(guó)外一般直拉硅單晶直
