多晶硅铸锭炉和单晶炉课件.ppt

徑向溫度梯度熱場的徑向溫度梯度，包括晶體(dT/dx)s，熔體(dT/dx)L和固液交界面(dT/dx)s-L三種徑向溫度梯度。由於熔體由加熱器周圍供熱，一般說來，熔體的徑向溫度梯度總是正數，(dT/dx)L0。但整個單晶矽生長介面的變化說明，結晶介面的溫度梯度由大於零等於零，變到小於零。單晶矽最初等直徑生長時，生長介面的徑向溫度梯度是正數，即(dT/dx)s-L大於零.隨著單晶不斷生長，結晶介面由凸向熔體逐漸變平，生長介面的徑向溫度梯度(dT/dx)s-L逐漸等於零。一般說來，單晶矽中部結晶介面平坦，(dT/dx)s-L等於零。單晶逐漸生長到尾部，生長介面由平逐漸凹向熔體，越接近單晶尾部，生長介面越凹。這說明單晶生長介面的徑向溫度梯度由等於零變為負值，而且負值越來越小。*。從熔體中生長單晶所用直拉法和區熔法，是當前生產矽單晶的主要方法。另外，基座法、生長片狀單晶法、生長鎂狀單晶法和汽相沉積法與外延法。1917年由切克斯基建立的一種晶體生長方法*區域熔化則是對錠條的一部份進行熔化，熔化的部分稱為熔區，當熔區從頭到尾移動一次後，雜質隨熔區移到尾部。利用這種方法可以進行多次提純，一次一次移動熔區以達到最好的提純效果，但由於液固相轉變溫度高，能耗大，多次區熔提純成本高*Crucible:坩鍋*在坩堝裏整個熔矽表面，由於熔矽傳熱，單晶矽散熱和結晶放出結晶潛熱，單晶生長時，最初可近似認為熔矽表面徑向溫度梯度(dT/dx)s-L小於零，生長到單晶中部時，近似看作熔矽表面徑向溫度梯度(dT/dx)s-L等於零，單晶矽在尾部生長時，熔矽表面的徑向溫度梯度由(dT/dx)s-L小於零轉為大於零，溫度梯度的變化成倒人字形矽片製備中的熱工設備

--單晶爐和多晶矽鑄錠爐一、單晶爐目前在所有安裝的太陽電池中，超過90%以上的是晶體矽太陽電池，因此位於產業鏈前端的矽錠/片的生產對整個太陽電池產業有著很重要的作用。太陽電池矽錠主要有單晶矽錠和多晶矽錠，這兩種矽錠。單晶矽做成的電池效率高，但矽錠生產效率低，能耗大；多晶矽電池效率比單晶矽低一些，但矽錠生產效率高，在規模化生產上較有優勢。目前國際上以多晶矽矽錠生產為主，而國內由於人工成本低，國產單晶爐價格低，因此國內單晶矽矽錠的產能比多晶矽大得多。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長方法現成為製備單晶矽的主要方法。把高純多晶矽放入高純石英坩堝，在矽單晶爐內熔化；然後用一根固定在籽晶軸上的籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和後，慢慢向上拉籽晶，晶體便在籽晶下端生長。CZ法是利用旋轉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太陽電池單晶矽錠生產技術直拉單晶爐及其基本原理多晶矽矽料置於坩堝中經加熱熔化，待溫度合適後，經過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉肩等徑、收尾等步驟，完成一根單晶矽錠的拉制。爐內的傳熱、傳質、流體力學、化學反應等過程都直接影響到單晶的生長及生長成的單晶的品質。拉晶過程中可直接控制的參數有溫度場、籽晶的晶向、坩堝和生長成的單晶的旋轉及提升速率，爐內保護氣體的種類、流向、流速、壓力等。優缺點直拉法設備和工藝比較簡單，容易實現自動控制；生產效率高，易於製備大直徑單晶；容易控制單晶中雜質濃度，可以製備低阻單晶。但用此法制單晶矽時，原料易被坩堝污染，矽單晶純度降低，拉制的矽單晶電阻率大於50歐姆·釐米，品質很難控制。1.2懸浮區熔法（區熔法或FZ法）懸浮區熔法比直拉法出現晚，W·G·Pfann1952年提出，P·H·keck等人1953年用來提純半導體矽。懸浮區熔法是將多晶矽棒用卡具卡住上端，下端對準籽晶，高頻電流通過線圈與多晶矽棒耦合，產生渦流，使多晶棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使矽棒熔化和進行單晶生長，用此法制得的矽單晶叫區熔單晶。區熔法有水準區熔和懸浮區熔，前者主要用於鍺提純及生長鍺單晶，矽單晶的生長則主要採用懸浮區熔法，生長過程中不使用坩堝，熔區懸浮於多晶矽棒和下方生長出的單晶之間區熔法不使用坩堝，污染少，經區熔提純後生長的矽單晶純度較高，含氧量和含碳量低。高阻矽單晶一般用此法生長。目前區熔單晶應用範圍比較窄，不及直拉工藝成熟，單晶中一些結構缺陷沒有解決。1.3基座法基座法是既象區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，高頻線圈在多晶矽棒上端產生熔區，由上方插入籽晶，將籽晶慢慢向上提起，生長出單晶。基座法制備的單晶純度高，生長速度快，污染小能較好的控制電阻率。但此法工藝不成熟，很難生長大直徑矽單晶。1.4片狀單晶生長法（EFG法）片狀單晶生長法是近