直拉法单晶硅的工艺改进.docx

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1、直拉法单晶硅制备的工艺改进姓名：陈胜皇班级:新能源材料与器件学号：1303230004摘 要:单晶硅根据硅生长方向的不同分为区熔单晶硅，外延单晶硅和直拉单晶硅。直拉单晶硅的制备工艺一般包括多晶硅的装料和熔化、种晶、缩颈、放肩、等径和收尾。(由于本人英文比较水，百度这种稀有句子又坑，所以此处跟大家说抱歉了！)关键词：直拉单晶硅、制备工艺、工艺改进Keyword：Czochralski Silicon 、The Preparation Processpreparation process 前言：目前，单晶硅的直拉生长法已经是单晶硅制备的主要技术，也是太阳电池用单晶硅的主要制备方法。接下来就由我为大

2、家详细的讲一讲直拉法，探讨一下其的工艺改进！若我有什么地方错误，请大家多多包涵哈！（同上）直拉法单晶硅工艺过程：引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；放肩：将晶体控制到所需直径；等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；降温：降底温度，取出晶体，待后续加工直拉法几个基本问题：最大生长速度晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关。提高晶体中的温度梯度，可

3、以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。为了降低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度。熔体中的对流相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等。实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。生长界面形状（固液界

4、面）固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。生长过程中各阶段生长条件的差异直拉法的引晶阶段的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾阶段，裸露坩埚壁的高度不断增大，这样造成生长条件不断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾经历不同的热历史：头部受热时间最长，尾部最短，这样会造成晶体轴向、径向杂质分布不均匀。直拉法技术改进：一，磁控直拉技术1，在直

5、拉法中，氧含量及其分布是非常重要而又难于控制的参数，主要是熔体中的热对流加剧了熔融硅与石英坩锅的作用，即坩锅中的O2,、B、Al等杂质易于进入熔体和晶体。热对流还会引起熔体中的温度波动，导致晶体中形成杂质条纹和旋涡缺陷。2，半导体熔体都是良导体，对熔体施加磁场，熔体会受到与其运动方向相反的洛伦兹力作用，可以阻碍熔体中的对流，这相当于增大了熔体中的粘滞性。在生产中通常采用水平磁场、垂直磁场等技术。3，磁控直拉技术与直拉法相比所具有的优点在于：减少了熔体中的温度波度。一般直拉法中固液界面附近熔体中的温度波动达10C以上，而施加0.2T的磁场，其温度波动小于1。这样可明显提高晶体中杂质分布的均匀性，

6、晶体的径向电阻分布均匀性也可以得到提高；降低了单晶中的缺陷密度；减少了杂质的进入，提高了晶体的纯度。这是由于在磁场作用下，熔融硅与坩锅的作用减弱，使坩锅中的杂质较少进入熔体和晶体。将磁场强度与晶体转动、坩锅转动等工艺参数结合起来，可有效控制晶体中氧浓度的变化；由于磁粘滞性，使扩散层厚度增大，可提高杂质纵向分布均匀性；有利于提高生产率。采用磁控直拉技术，如用水平磁场，当生长速度为一般直拉法两倍时，仍可得到质量较高的晶体。4，磁控直拉技术主要用于制造电荷耦合（CCD）器件和一些功率器件的硅单晶。也可用于GaAs、GaSb等化合物半导体单晶的生长。连续生长技术为了提高生产率，节约石英坩埚（在晶体生产

7、成本中占相当比例），发展了连续直拉生长技术，主要是重新装料和连续加料两中技术：1，重新加料直拉生长技术：可节约大量时间（生长完毕后的降温、开炉、装炉等），一个坩埚可用多次。2，连续加料直拉生长技术：除了具有重新装料的优点外，还可保持整个生长过程中熔体的体积恒定，提高基本稳定的生长条件，因而可得到电阻率纵向分布均匀的单晶。连续加料直拉生长技术有两种加料法：连续固体送料和连续液体送料法。液体覆盖直拉技术：是对直拉法的一个重大改进，用此法可以制备多种含有挥发性组元的化合物半导体单晶。主要原理：用一种惰性液体（覆盖剂）覆盖被拉制材料的熔体，在晶体生长室内充入惰性气体，使其压力大于熔体的分解压力，以抑制

8、熔体中挥发性组元的蒸发损失，这样就可按通常的直拉技术进行单晶生长。对惰性液体（覆盖剂）的要求：-密度小于所拉制的材料，既能浮在熔体表面之上；对熔体和坩埚在化学上必须是惰性的，也不能与熔体混合，但要能浸云晶体和坩埚；熔点要低于被拉制的材料且蒸气压很低；-有较高的纯度，熔融状态下透明。广泛使用的覆盖剂为B2O3:密度1.8g/cm3，软化温度450C，在1300C时蒸气压仅为13Pa，透明性好，粘滞性也好。此种技术可用于生长GaAs、InP、GaP、GaSb和InAs等单晶。悬浮区熔法：主要用于提纯和生长硅单晶；基本原理：依靠熔体的表面张力，使熔区悬浮于多晶硅棒与下方生长出的单晶之间，通过熔区向上移动而进行提纯和生长单晶。不使用坩埚，单晶生长过程不会被坩埚材料污染，由于杂质分凝和蒸发效应，可以生长出高电阻率硅单晶。 参考文献1 谭显东，胡兆光.我国电力工业在国民经济中的地位和作用研究J.能源技术经济。2 邓赞高，胡立伟，杜长泉.浅析我国太阳能光伏发电市场发展的趋势J.珠江现代建设。3 史珺.光伏发电成本的数学模型分析J.太阳能。4 马胜红，李斌，陈东兵，.中国光伏发电成本、价格及技术进步作用的分析J.太阳能。5 鞠振，基于太阳能资源评估型的光伏系统的优化设计J。