太阳能多晶硅铸锭用石英坩埚氮化硅涂层的免烧工艺-江西科技学院学报.PDF

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太阳能多晶硅铸锭用石英坩埚氮化硅涂层的免烧工艺-江西科技学院学报

太阳能多晶硅铸锭用石英坩埚氮化硅涂层的免烧工艺 周艳华 (江西科技学院土木工程学院 江西 南昌 330098) 摘 要 摘 要 摘摘 要要:本文介绍一种太阳能多晶硅片生产过程中,喷涂坩埚免焙烧的工艺,即在氮化硅浆料中 加入少许水溶性有机物(粘结剂、防潮剂、分散剂),通过有机高分子的化学吸附和氮化硅粉的物理 吸附作用使氮化硅粉强有力地吸附在坩埚内壁,免去了传统工艺中喷涂坩埚在坩埚烧结炉中焙烧21h, 焙烧温度为1050℃的工艺。与传统工艺相比,此工艺缩短硅片生产周期,提高生产效率,降低生产 成本。 关键词 关键词 关关键键词词: 免焙烧 氮化硅浆料 水溶性有机物 中文分类号: 文献标识码: 文章编码: 中文分类号: 文献标识码: 文章编码: 中中文文分分类类号号::TF12 文文献献标标识识码码:: A 文文章章编编码码::123(2012)01-051-04 0 0 00引言 多晶硅铸锭制备过程中,高纯石英坩埚是其必备的容器,因其纯度高而能够制备出优质的多晶硅 锭。多晶硅锭生产过程中,硅料在坩埚内熔化、晶体生长、退火冷却,单一使用高纯石英坩埚将面临 以下危害: ①使用寿命短、安全性差:硅熔体和石英坩埚长时间接触时,会产生黏滞性,Si 与SiO 反应生 2 成SiO 而使得坩埚变薄甚至开裂,导致硅液溢流等重大损失,降低使用寿命、安全性差。 ②硅锭利用率低:坩埚与硅液产生黏滞,在硅锭冷却过程中,由于两者的热膨胀系数不同而导致 坩埚与硅锭的破裂,致使硅锭的利用率差,同时可利用的硅块可能由于残余应力较大而导致切片过程 中硅片碎片率增加。 ③污染硅锭:铸锭用的原料为Si含量高达99.9999%(6N)的高纯硅料,而高纯石英坩埚的纯度 为99.7以上,直接使用石英坩埚将导致大量杂质从坩埚进入硅锭中,如C、O、Fe、B、P 等,污染 硅锭,改变硅锭的电学、机械性能等。 因此,为了解决直接使用坩埚而出现的上述问题,需要在坩埚内表面进行涂层,涂层要求高纯, 不与两者反应,并有适中的结合强度。 Si N 是一种重要的高温结构陶瓷材料,由于具有耐高温、强度高、硬度大、耐磨损、抗冲击、 3 4 抗腐蚀、质量轻、导热性能好、抗氧化和表面摩擦系数小等优点,在机械、电子、化工、航空航天等 [1-5] 众多领域有广泛应用 。 由于Si N 不含任何金属元素,且具有很高的化学稳定性,不与熔融Si 和石英发生反应,高纯度 3 4 的氮化硅也比较容易制备。因此Si N 成为石英陶瓷坩埚的首选涂层材料,已在多晶硅铸锭生产中成 3 4 [6] 功应用 。 Si N 喷涂在石英坩埚的内壁后、在高温下烧结,涂层与坩埚形成一体,从而隔离了硅熔体和石 3 4 英坩埚的接触,其不仅能够解决黏滞问题,而且可以降低多晶硅中的C、O、Fe、B、P 等杂质浓度; 另外,利用Si N 涂层还可以提高石英坩埚的铸锭安全性和达到降低生产成本的目的。 3 4 Si N 涂层喷涂好后,为了使氮化硅涂层与石英坩埚结合紧密,将坩埚放入抽屉窑内,焙烧至 3 4 1050-1100℃左右,经过21h的焙烧,排出坩埚和氮化硅涂层中的吸附水,使涂层和坩埚之间更好结 合。然而,由于氮化硅浆料与石英坩埚之间性能存在差异,两者的结合性较差,坩埚喷涂和焙烧后, 容易出现大面积掉粉和起皮现象,导致喷涂效果降低。另外,石英坩埚在焙烧过程中,温度控制不好 收稿日期 收稿日期 收收稿稿日日期期:2011-11-02 作者简介: 作者简介: 作作者者简简介介::周艳华(1980-),女,江西临川人,江西科技学院土木工程学院,硕士。 研究方向: 研究方向: 研研究究方方向向::材料应用及工艺研究。 就很容易析晶,致使坩埚的抗热震性下降,从而诱发石英坩埚在冷却过程中产生龟裂缺陷,导致在铸 锭过程中发生渗硅现

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