半导体材料第4讲-晶体生长优秀PPT.ppt

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1、半导体材料半导体材料 Email：zxdlab163 第三章 晶体生长制造半导体器件的材料，绝大部分制造半导体器件的材料，绝大部分是单晶体，包括体单晶和薄膜单晶，是单晶体，包括体单晶和薄膜单晶，因此，晶体生长问题对于半导体材因此，晶体生长问题对于半导体材料研制，是一个极为重要的问题。料研制，是一个极为重要的问题。本章主要内容：本章主要内容：1、晶体生长的基本理论、晶体生长的基本理论2、熔体中生长单晶的主要规律、熔体中生长单晶的主要规律3、单晶的生长技术、单晶的生长技术晶体生长理论基础晶体生长理论基础n n晶体的形成方式：晶体的形成方式：n n晶体是在物相转变的状况下形成的。晶体是在物相转变的状

2、况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。物相有三种，即气相、液相和固相。n n由气相、液相转变成固相可形成晶由气相、液相转变成固相可形成晶体，固相之间也可以干脆产生转变。体，固相之间也可以干脆产生转变。n n晶体生长方式分三大类：晶体生长方式分三大类：n n固相生长固相生长n n液相生长，包括溶液生长和熔体生液相生长，包括溶液生长和熔体生长长n n气相生长气相生长自然晶体的生长自然晶体的生长n1由气相转变为固相：由气相转变为固相：n从气相转变为固相的条件是要从气相转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。在火山口旁有足够低的蒸气压。在火山口旁边常由火山喷气干脆生成硫、碘边常由火山喷气干脆生成硫

3、、碘或氯化钠的晶体。雪花就是由于或氯化钠的晶体。雪花就是由于水蒸气冷却干脆结晶而成的晶体。水蒸气冷却干脆结晶而成的晶体。火山口生长的硫火山口生长的硫(S)晶体晶体夏威夷火山夏威夷火山 n2.由液相转变为固相：由液相转变为固相：n1.从熔体中结晶从熔体中结晶,即熔体过冷却时发生即熔体过冷却时发生结晶现象，出现晶体；结晶现象，出现晶体；n2.从溶液中结晶从溶液中结晶,即溶液达到过饱和时，即溶液达到过饱和时，析出晶体；析出晶体；n3.水分蒸发，如自然盐湖卤水蒸发，水分蒸发，如自然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结晶出来；通过化学反应生盐类矿物结晶出来；通过化学反应生成难溶物质。成难溶物质。自然盐湖卤水蒸发自然

4、盐湖卤水蒸发珍宝岩珍宝岩 3由固相变为固相：n n1).同质多相转变，同质多相转变，某种晶体在热力学条件变更某种晶体在热力学条件变更的时候，转变为另一种在新条件下稳定的晶体；的时候，转变为另一种在新条件下稳定的晶体；n n2).原矿物晶粒渐渐变大，如由细粒方解石组成原矿物晶粒渐渐变大，如由细粒方解石组成的石灰岩与岩浆接触时，受热再结晶成为由粗的石灰岩与岩浆接触时，受热再结晶成为由粗粒方解石组成的大理岩；粒方解石组成的大理岩；细粒方解石细粒方解石 大理岩大理岩3由固相变为固相：n n3).3).固溶体分解，在确定温度下固溶体可以分别成固溶体分解，在确定温度下固溶体可以分别成固溶体分解，在确定温度

5、下固溶体可以分别成固溶体分解，在确定温度下固溶体可以分别成为几种独立矿物；为几种独立矿物；为几种独立矿物；为几种独立矿物；n n4).4).变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延 展的变质矿物，如角闪石、云母晶体等；展的变质矿物，如角闪石、云母晶体等；展的变质矿物，如角闪石、云母晶体等；展的变质矿物，如角闪石

6、、云母晶体等；n n5).5).由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流快速由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流快速由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流快速由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流快速冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃经过千百年以上的长经过千百年以上的长经过千百年以上的长经过千百年以上的长 时间以后，可渐渐转变为结时间以后，可渐渐转变为结时间以后，可渐渐转变为结时间以后，可渐渐转变为结晶质。晶质。晶质。晶质。晶体形成的热力学条件晶体形成的热力学条

7、件从图上干脆说从图上干脆说明气明气-固相、固相、固固-液相转变液相转变的条件。的条件。晶体形成的热力学条件晶体形成的热力学条件n n从图可干脆看出：从图可干脆看出：n n气气-固相转变条件：固相转变条件：n n温度不变，物质的分温度不变，物质的分压大于其饱和蒸汽压。压大于其饱和蒸汽压。n n压力不变，物质的温压力不变，物质的温度低于其凝华点。度低于其凝华点。晶体形成的热力学条件晶体形成的热力学条件n n从可干脆看出：从可干脆看出：n n固固-液相转变的条件：液相转变的条件：n n对熔体，压力不变，对熔体，压力不变，物质的温度低于其熔点物质的温度低于其熔点n n不能看出的条件：不能看出的条件：n

8、 n液液-固相，对溶液，物固相，对溶液，物质的浓度大于其溶解度。质的浓度大于其溶解度。n概括来说，概括来说，n气固相变过程时，要析出晶体，气固相变过程时，要析出晶体，要求有确定的过饱和蒸气压。要求有确定的过饱和蒸气压。n液固相变过程时，要析出晶体，液固相变过程时，要析出晶体，要求有确定的过饱和度。要求有确定的过饱和度。n固固相变过程时，要析出晶体，固固相变过程时，要析出晶体，要求有确定的过冷度。要求有确定的过冷度。详见课本详见课本311晶核的形成晶核的形成n探讨发觉，结晶过程是由形核探讨发觉，结晶过程是由形核与长大两个过程所组成。与长大两个过程所组成。n结晶时首先在液体中形成具有结晶时首先在液

9、体中形成具有某一尺寸（临界尺寸）的晶核，某一尺寸（临界尺寸）的晶核，然后这些晶核不断凝合液体中的然后这些晶核不断凝合液体中的原子而长大。形核过程和长大过原子而长大。形核过程和长大过程紧密联系但又有所区分。程紧密联系但又有所区分。晶核的形成晶核的形成n n在母相中形成等于或超过确定临界大小在母相中形成等于或超过确定临界大小的新相晶核的过程称为的新相晶核的过程称为“形核形核”n n形成固态晶核有两种方法，形成固态晶核有两种方法，n n1)匀整形核，又称均质形核或自发形匀整形核，又称均质形核或自发形核。核。n n2)非匀整形核，又称异质形核或非自非匀整形核，又称异质形核或非自发形核。发形核。晶核的形

10、成晶核的形成n匀整形核：当母相中各个区域出匀整形核：当母相中各个区域出现新相晶核的几率相同，晶核由现新相晶核的几率相同，晶核由液相中的一些原子团干脆形成，液相中的一些原子团干脆形成，不受杂质粒子或外来表面的影响，不受杂质粒子或外来表面的影响，这种形核叫匀整形核，又称均质这种形核叫匀整形核，又称均质形核或自发形核形核或自发形核晶核的形成晶核的形成n非匀整形核：若新相优先在母相非匀整形核：若新相优先在母相某些区域中存在的异质处形核，某些区域中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表即依附于液相中的杂质或外来表面形核，则称为非匀整形核。又面形核，则称为非匀整形核。又称异质形核或非自发形核称异质

11、形核或非自发形核气相中的匀整成核气相中的匀整成核n n在气在气-固相体系中，气体分子不停的做无固相体系中，气体分子不停的做无规则的运动，规则的运动，n n能量高的气子发生碰撞后再弹开，这种能量高的气子发生碰撞后再弹开，这种碰撞类似于弹性碰撞，碰撞类似于弹性碰撞，n n而某些能量低的分子，可能在碰撞后就而某些能量低的分子，可能在碰撞后就连接在一起，形成一些几个分子连接在一起，形成一些几个分子(多为多为2个个)组成的组成的“小集团小集团”，称为，称为“晶胚晶胚”。气相中的匀整成核气相中的匀整成核n晶胚有两种发展趋势：晶胚有两种发展趋势：n1、接着长大，形成稳定的晶核；、接着长大，形成稳定的晶核；n

12、2、重新拆散，分开为单个的分子。、重新拆散，分开为单个的分子。n晶体熔化后的液态结构是长程无晶体熔化后的液态结构是长程无序的，但在短程范围内却存在着序的，但在短程范围内却存在着不稳定的接近于有序的原子集团，不稳定的接近于有序的原子集团，它们此消彼长，出现它们此消彼长，出现结构起伏结构起伏或或叫叫相起伏相起伏。液相中的匀整成核液相中的匀整成核n当温度降到结晶温度时，这些原子当温度降到结晶温度时，这些原子集团就可能成为匀整形核的集团就可能成为匀整形核的“胚芽胚芽”，称为晶胚；其原子呈晶态的规，称为晶胚；其原子呈晶态的规则排列，这就是晶核。则排列，这就是晶核。液相中的匀整成核液相中的匀整成核n n晶

13、体生长晶体生长晶体生长晶体生长 的一般过程是先生成晶核，而后再长大。的一般过程是先生成晶核，而后再长大。的一般过程是先生成晶核，而后再长大。的一般过程是先生成晶核，而后再长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：n n介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；n n成核阶段；成核阶段；成核阶段；成核阶段；n n生长阶段。生长阶段。生长阶段。生长阶段。n n n n关于晶体生长的有两个理论

14、：关于晶体生长的有两个理论：1.层生长理层生长理论；论；2.螺旋生长理论。螺旋生长理论。n n当晶体生长不受外界任何因素的影响时，当晶体生长不受外界任何因素的影响时，晶体将长成志向晶体，它的内部结构严格晶体将长成志向晶体，它的内部结构严格的听从空间格子规律，外形应为规则的几的听从空间格子规律，外形应为规则的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形长大。同形长大。n n事实上晶体在生长过程中，真正志向的事实上晶体在生长过程中，真正志向的晶体生长条件是不存在的，总会不同程度晶体生长条件是不存在的，总会不同程度的受到困难外界的受到困难外界条件的影响，而不能严格条

15、件的影响，而不能严格地依据志向发育。地依据志向发育。晶体长大的动力学模型晶体长大的动力学模型n n层生长理论层生长理论层生长理论层生长理论(KosselW.,1927)(KosselW.,1927)：在晶核的光滑表：在晶核的光滑表：在晶核的光滑表：在晶核的光滑表面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格“座位座位座位座位”的最佳位置是具有三面凹入角的位置。的最佳位置是具有三面凹入角的位置。的最佳位置是具有三面凹入角的位置。的最佳位置是具有三面凹入角的位置。n n质点在此

16、位置上与晶核结合成键放出的能量最质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，新相界面的晶格上就位时，新相界面的晶格上就位时，新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位置是最可能结合的位置是最可能结合的位置是最可能结合的位置是能量上最有利的位置能量上最有利的位置能量上最有利的位置能量上最有利的位置，即即即即结合成键时成键数目最结合成键时

17、成键数目最结合成键时成键数目最结合成键时成键数目最多，放出能量最大的位置多，放出能量最大的位置多，放出能量最大的位置多，放出能量最大的位置。完整突变光滑面模型完整突变光滑面模型n n此模型假定晶体是志向完整的，并且界面此模型假定晶体是志向完整的，并且界面在原子层次上没有凹凸不平的现象，固相在原子层次上没有凹凸不平的现象，固相与流体相之间是突变的，这明显是一种特与流体相之间是突变的，这明显是一种特别简洁的志向化界面，与实际晶体生长状别简洁的志向化界面，与实际晶体生长状况往往有很大的差距况往往有很大的差距n n如图：如图：如图：如图：n nK K为曲折面，有三角为曲折面，有三角为曲折面，有三角为曲

18、折面，有三角面凹入角，是最有力面凹入角，是最有力面凹入角，是最有力面凹入角，是最有力的生长部位；的生长部位；的生长部位；的生长部位；n nS S是阶梯面，具有二是阶梯面，具有二是阶梯面，具有二是阶梯面，具有二面凹入角的位置；面凹入角的位置；面凹入角的位置；面凹入角的位置；n nA A是最不利于生长的是最不利于生长的是最不利于生长的是最不利于生长的部位。部位。部位。部位。所以晶体在志向状况下生长时，先长一条行列，所以晶体在志向状况下生长时，先长一条行列，然后长相邻的行列。在长满一层面网后，再起然后长相邻的行列。在长满一层面网后，再起先长其次层面网。晶面是平行向外推移而生长先长其次层面网。晶面是平

19、行向外推移而生长的。的。n n层生长理论的局限：层生长理论的局限：n n按层生长理论，晶体在气相或在溶液中按层生长理论，晶体在气相或在溶液中生长时，过饱和度要达到生长时，过饱和度要达到25%以才能生以才能生长，而且生长不确定会连续长，而且生长不确定会连续n n事实上，某些生长体系，过饱和度仅为事实上，某些生长体系，过饱和度仅为2%时，晶体就能顺当生长时，晶体就能顺当生长n n螺旋生长理论（螺旋生长理论（螺旋生长理论（螺旋生长理论（FrankF.C.1949)FrankF.C.1949)：在：在：在：在 晶体生长晶体生长晶体生长晶体生长界面上螺旋位错露头点所出现的凹角及其延长所界面上螺旋位错露头

20、点所出现的凹角及其延长所界面上螺旋位错露头点所出现的凹角及其延长所界面上螺旋位错露头点所出现的凹角及其延长所形成的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进形成的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进形成的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进形成的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进光滑界面上的生长。光滑界面上的生长。光滑界面上的生长。光滑界面上的生长。n n可说明层生长理论所不能说明的现象，即晶体可说明层生长理论所不能说明的现象，即晶体可说明层生长理论所不能说明的现象，即晶体可说明层生长理论所不能说明的现象，即晶体在很低温的过饱和度下能够生长的实际现象。在很低温的过饱和度下能够生长的实际现象。在很低

21、温的过饱和度下能够生长的实际现象。在很低温的过饱和度下能够生长的实际现象。n n 位错的出现，在晶体的界面上供应了一个永不位错的出现，在晶体的界面上供应了一个永不位错的出现，在晶体的界面上供应了一个永不位错的出现，在晶体的界面上供应了一个永不消逝的台阶源。消逝的台阶源。消逝的台阶源。消逝的台阶源。n n位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或若干列原子出现了错位现象，即原子离开其平衡若干列原子出现了错位现象，即原子离开其平衡若干列原子出现了错位现象，即原子离开其平衡若

22、干列原子出现了错位现象，即原子离开其平衡位置，发生有规律的错动。位置，发生有规律的错动。位置，发生有规律的错动。位置，发生有规律的错动。n n模型认为晶体是志向不完整的，其中必模型认为晶体是志向不完整的，其中必定会存在确定数量的位错，假如一个纯定会存在确定数量的位错，假如一个纯螺型位错和一个光滑的奇异相面相交，螺型位错和一个光滑的奇异相面相交，在晶面上就会产生一个永不消逝的台阶在晶面上就会产生一个永不消逝的台阶源，在生长过程中，台阶将渐渐变成螺源，在生长过程中，台阶将渐渐变成螺旋状，使晶面不断向前推移。旋状，使晶面不断向前推移。晶体将晶体将围绕螺旋位围绕螺旋位错露头点旋转生长。错露头点旋转生长

23、。螺旋式的台阶并不随螺旋式的台阶并不随着原子面网一层层生着原子面网一层层生长而消逝，从而使螺长而消逝，从而使螺旋式生长持续下去。旋式生长持续下去。螺旋状生长与层状生长不螺旋状生长与层状生长不同的是台阶并不直线式地同的是台阶并不直线式地 等速前进扫过晶面，而是等速前进扫过晶面，而是围围着螺旋位错的轴线螺围围着螺旋位错的轴线螺旋状前进。随着晶体的不旋状前进。随着晶体的不断长大，最终表现在晶面断长大，最终表现在晶面上形成能供应生长条件信上形成能供应生长条件信息的各种各样的螺旋纹。息的各种各样的螺旋纹。32硅、锗单晶的生长硅、锗单晶的生长一、获得单晶的条件一、获得单晶的条件1、在金属熔体中只能形成一个

24、晶核。可以引入籽晶或自发形核，、在金属熔体中只能形成一个晶核。可以引入籽晶或自发形核，尽量地削减杂质的含量，避开非均质形核。尽量地削减杂质的含量，避开非均质形核。2、固、固液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热只能液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热只能通过生长着的晶体导出，即单向凝固方式。通过生长着的晶体导出，即单向凝固方式。3、固、固液界面前沿不允许有温度过冷和成分过冷，以避开固液界面前沿不允许有温度过冷和成分过冷，以避开固液液界面不稳定而长出胞状晶或柱状晶。界面不稳定而长出胞状晶或柱状晶。在满足上述条件下，适当地限制固在满足上述条件下，适当地限制固液界面前沿熔体的温度和

25、晶液界面前沿熔体的温度和晶体生长速率，可以得到高质量的单晶体。体生长速率，可以得到高质量的单晶体。n n生长硅、锗单晶的方法很多，目前：n n锗单晶主要用直拉法，n n硅单晶常接受直拉法与悬浮区熔法工艺工艺直径直径纯度纯度少数截流子寿命少数截流子寿命电阻率电阻率位错密度位错密度用途用途n n坩埚直拉法（坩埚直拉法（坩埚直拉法（坩埚直拉法（CZCZ）的优点是，可拉制大直径）的优点是，可拉制大直径）的优点是，可拉制大直径）的优点是，可拉制大直径和高掺杂低阻单晶。和高掺杂低阻单晶。和高掺杂低阻单晶。和高掺杂低阻单晶。n n缺点是由于熔硅与石英坩埚（缺点是由于熔硅与石英坩埚（缺点是由于熔硅与石英坩埚（

26、缺点是由于熔硅与石英坩埚（SiO2SiO2）熔接）熔接）熔接）熔接以及石墨的污染，将使大量的以及石墨的污染，将使大量的以及石墨的污染，将使大量的以及石墨的污染，将使大量的OO、C C及金属杂及金属杂及金属杂及金属杂质进入硅单晶，故质进入硅单晶，故质进入硅单晶，故质进入硅单晶，故CZCZ法不能制备高阻单晶。法不能制备高阻单晶。法不能制备高阻单晶。法不能制备高阻单晶。n n无坩埚区熔法（无坩埚区熔法（无坩埚区熔法（无坩埚区熔法（FZFZ）接受高频感应加热，通）接受高频感应加热，通）接受高频感应加热，通）接受高频感应加热，通过熔区移动生长单晶，由于工艺不接触石英坩过熔区移动生长单晶，由于工艺不接触石

27、英坩过熔区移动生长单晶，由于工艺不接触石英坩过熔区移动生长单晶，由于工艺不接触石英坩埚（埚（埚（埚（SiO2SiO2）和石墨加热，可拉制高纯度、长）和石墨加热，可拉制高纯度、长）和石墨加热，可拉制高纯度、长）和石墨加热，可拉制高纯度、长寿命单晶。寿命单晶。寿命单晶。寿命单晶。n n缺点是单晶掺杂极为困难。缺点是单晶掺杂极为困难。缺点是单晶掺杂极为困难。缺点是单晶掺杂极为困难。n n直拉单晶制造法（乔赫拉尔斯基法，直拉单晶制造法（乔赫拉尔斯基法，直拉单晶制造法（乔赫拉尔斯基法，直拉单晶制造法（乔赫拉尔斯基法，CzochralskiCzochralski，CZCZ法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中

28、，在法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在法）是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热溶化单晶炉中加热溶化单晶炉中加热溶化单晶炉中加热溶化，再将一根直径只有，再将一根直径只有，再将一根直径只有，再将一根直径只有10mm10mm的的的的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。n n在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上

29、形成规则的结晶，硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。成为单晶体。成为单晶体。成为单晶体。溶体溶体晶种晶种单晶单晶光圈位置光圈位置坩埚壁坩埚壁直拉法能生长直径较大的单晶，目前已能生产直拉法能生长直径较大的单晶，目前已能生产200mm，重，重60kg的单晶但直拉法由于坩埚与材料反应，以的单晶但直拉法由于坩埚与材料反应，以及电阻加热炉气氛的污染，杂质含量较大，生长高纯单及电阻加热炉气氛的污染，杂质含量较大，生长高纯单晶困难晶困难n n制备时把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原制备时把晶种微微

30、的旋转向上提升，融液中的硅原制备时把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原制备时把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上接着结晶，并持续其规子会在前面形成的单晶体上接着结晶，并持续其规子会在前面形成的单晶体上接着结晶，并持续其规子会在前面形成的单晶体上接着结晶，并持续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最终形成一根圆柱形的原子周而复始的形成结晶，最终形成一根圆柱形的原子周而复始的形成结晶，最终形成一根圆柱形的原子

31、周而复始的形成结晶，最终形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。n n拉晶起先，先引出一段直径为拉晶起先，先引出一段直径为拉晶起先，先引出一段直径为拉晶起先，先引出一段直径为3 35mm5mm，有确定长，有确定长，有确定长，有确定长度的细颈，以消退结晶位错，这个过程叫做缩颈度的细颈，以消退结晶位错，这个过程叫做缩颈度的细颈，以消退结晶位错，这个过程叫做缩颈度的细颈，以消退结晶位错，这个过程叫做缩颈（引晶）。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入（引晶）。然后放大单晶体直径至工艺要求，

32、进入（引晶）。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入（引晶）。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。剩下少量剩料。剩下少量剩料。剩下少量剩料。直拉法工艺流程直拉法工艺流程炉体、籽晶、炉体、籽晶、硅多晶，掺硅多晶，掺杂剂，石英杂剂，石英坩埚坩埚清洁处理清洁处理装炉装炉抽真空抽真空（或通（或通爱护气爱护气体体加热熔化加热熔化润晶润晶（下种）（下种）缩颈缩颈（引晶）（引晶）放肩放肩等径生长等径生长降温出炉降温出炉性能测试

33、性能测试将籽晶放入溶液中将籽晶放入溶液中为消退位错而为消退位错而拉出的一小段拉出的一小段细晶体细晶体将细晶体的直径放将细晶体的直径放粗至所要求的直径粗至所要求的直径限制直径，保证晶体等径生长是单晶制造的限制直径，保证晶体等径生长是单晶制造的重要环节重要环节思索，如何限制单晶的直径？思索，如何限制单晶的直径？当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去限制。去限制。硅的熔点约为硅的熔点约为

34、1450，拉晶过程应始终保持在高温负压，拉晶过程应始终保持在高温负压的环境中进行。的环境中进行。n n直径检测必需隔着视察窗在拉晶炉体外部非直径检测必需隔着视察窗在拉晶炉体外部非接触式实现。拉晶过程中，固态晶体与液态接触式实现。拉晶过程中，固态晶体与液态融液的交界处会形成一个光明的光环，亮度融液的交界处会形成一个光明的光环，亮度很高，称为光圈。它其实是固液交界面处的很高，称为光圈。它其实是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的反射。弯月面对坩埚壁亮光的反射。n n当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小。当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小。通过对光圈直径变更的检测，可以反映出单通过对光圈直径变更

35、的检测，可以反映出单晶直径的变更状况。晶直径的变更状况。n n基于这个原理发展出晶体直径自动限制技基于这个原理发展出晶体直径自动限制技术（术（automaticdiametercontrol,ADC技技术术)。片状单晶的制备片状单晶的制备照射在地球上的太阳能特别巨大，大约照射在地球上的太阳能特别巨大，大约照射在地球上的太阳能特别巨大，大约照射在地球上的太阳能特别巨大，大约分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费。可以说，太阳能是真正取类一年的能量消费。可以说，

36、太阳能是真正取类一年的能量消费。可以说，太阳能是真正取类一年的能量消费。可以说，太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电确之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电确之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电确之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电确定干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为定干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为定干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为定干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为最志向的能源。从太阳能获得电力，需通过太最志向的能源。从太阳能获得电力，需通过太最志向的能源。从太阳能获得电力，需通过太最志向的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。阳能电池进行光电变换来实现。阳能电池进行光电变换来实现。阳能电池进行光电变换来实现。目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最高，已达以上，但价格也最贵。高，已达以上，但价格也最贵。高，已达以上，但价格也最贵。高，已达以上，但价格也最贵。