多晶硅铸锭的晶体生长过程.doc

《多晶硅铸锭的晶体生长过程.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、多晶硅铸锭的晶体生长过程在真空熔炼过后，还要经过一个降温稳定，就进入定向凝固阶段。这个过程既是多晶硅的晶体生长过程，也能够对回收料和冶金法多晶硅料中含有的杂质进行进一步的提纯。（一）定向凝固与分凝现象硅液中的杂质在硅液从底部开始凝固的时候，杂质趋向于向液体中运动，而不会停留在固体中。这个现象叫做分凝现象。在固液界面稳定的时候，杂质在固体中的数量与在液体中的数量的比值，叫做分凝系数。分凝系数小于1的杂质，在进行定向凝固的时候，都会趋向于向顶部富集。富集的数量和程度，取决于分凝系数的多少。一般来说，金属杂质的分凝系数都在10-3以下（铝大约是0.08），所以，

2、定向凝固方式除杂，对于金属杂质比较有效；而硼和磷的分凝系数分别为0.8和0.36，因此，硼和磷的分凝现象就不是太明显。在定向凝固提纯的同时，考虑硅的长晶工艺，使得定向凝固后的硅能够成为多晶硅锭而直接进行切片，这就是将提纯与铸锭统一在一个工艺流程中完成了。这也是普罗的提纯铸锭炉的重要提纯手段。由于含有杂质的硅料和高纯料的结晶和熔液的性质都不太一样，因此，提纯铸锭炉所采用的热场与纯粹铸锭炉的热场是有区别的。普罗新能源公司目前采用自己研制的提纯铸锭一体化的专利设计，比较成功地解决了这个问题，使得真空熔炼与铸锭是在一次工艺里完成的，既较好地解决了提纯的问题，也圆满

3、地完成了铸锭的要求。（二）晶体生长过程定向凝固分为以下四个阶段，包括：晶胚形成、多晶生长、顶部收顶、退火冷却。晶胚形成在熔炼过后，要把硅溶液的温度降低到1440℃左右，并保持一段时间，然后，使坩埚底部开始冷却，冷却到熔点以下6-10℃左右，即1404-1408℃左右。RDS4.0型的炉体降低底部温度的方法是降低底部功率，和逐渐打开底部热开关的方式。与常规铸锭炉的提升保温体和加热体方式相比，由于不存在四周先开始冷却然后才逐步到中央的过程，因此，底部温度要均匀得多。铸锭时，底部红外测温的数据不完全是硅液底部的温度，因为，该测点与坩埚底部的硅液还隔了至少一层坩埚

4、，因此，红外温度仅能参考，还是要根据每台炉子各自的经验数据。这时，底部会形成熔点以下的过冷液体，由于坩埚底部的微细结构的不均匀，在一些质点上会形成晶核，即这些质点会首先凝固，形成结晶。这些质点可能是坩埚上突出的不均匀点，可能是坩埚的凹陷，由于位置比其它位置低，所以在降温的时候，温度也会较低。晶核形成后，由于太阳能电池需要的是径向尺寸较大的柱状晶，因此，最好不要让晶核一旦形成就立刻向上生长，这样会导致晶粒过细；而是首先要让晶核形成后，先在坩埚底部横向生长，等长到一定的尺寸后，再向上生长。这样，要求坩埚底部的温度在下降到熔点稍低后，就保持平稳，不再下降。这样，

5、坩埚底部晶核形成后，由于向上生长时，温度太高，无法生长，因此，只能横向生长。开始形成晶核时，由于坩埚底部的不均匀，晶核的形成也不均匀，有的地方密，有的地方稀疏。在这些晶核横向生长时，长到一定的程度，就会相遇，相遇后由于有生长的动力，在遇到其它晶片时，则遇到了阻力，当晶片遇到的阻力过大时，就会停止生长。有的时候，这种阻力可能会使与坩埚底部结合不牢固的晶片脱落，这样，比较牢固的就会在脱落掉的晶片留下的空隙继续生长，直到整个底部都布满晶片后，相互挤压，所有的晶片就只能开始向上生长。这时，各个开始向上长的片状晶体，就称之为晶胚。这就是晶胚形成的过程。晶核在锅底开始

6、竞争导致部分晶片脱落时，这些晶片由于较轻，会向上面漂浮，直到浮到硅液表面。由于晶片的温度较低，因此，会导致红外测温仪的温度偏低，但通常很快就熔化了，所以温度也会回复。这样，在温度曲线上会出现一个个的向下的尖峰。多晶生长晶胚形成后，开始向上生长。多晶硅的晶体生长于单晶硅的生长有些不同的地方。首先，多晶硅硅的生长是众多的晶柱共同生长，而且相互之间还有竞争和相遇；而单晶则只有一个晶体，不存在晶粒之间的竞争问题；第二，多晶硅的生长是由于温场的作用，底部温度不断下降，导致固液界面不断上升；而单晶的液面温度基本不变；第三，多晶硅铸锭的硅液相对静止，而单晶硅的硅液和晶体

7、是旋转的。这些差异，导致多晶硅生长晶体有利有弊。晶胚一旦形成，就应当以一定的速度是晶体向上生长。这就需要使坩埚底面的温度慢慢下降，而导致硅液的熔点温度面，在慢慢上升，上升的速度应当与硅晶体的生长速度保持一致。硅晶体的生长速度不是一定的，有一个范围，大约在6~20mm/小时之间。因此，控制固液界面的移动速度，使之保持在这个速度范围内，就可以了。在常规铸锭时，许多人以为保温体移动的速度就是固液界面的移动速度，这是完全不对的。固液界面的速度与保温体的移动速度有关，但还与底面的温度和加热体的功率有关。有时，固液界面的移动速度大约保温体的移动速度，有时，固液界面的移

8、动速度小于保温体的移动速度。如果底面的温度过低，加热体功率也不大的