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时间:2017-12-27
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1、热场和真空对拉晶的影响《单晶炉热场和真空稳定性对拉晶的影响》 直拉系统有加热器、保温系统 支持机构、三瓣锅等组成。热系统的高矮、大小、厚簿不同,温度大小就会产生差异。用温度梯度从数量上描述温度的分布情况。单晶炉热场在拉晶过程中是变化的,可以理解为静态和动态。(静态是指刚融完料稳定后引晶的温度分布情况,由加热器、保温罩、坩埚位置和气流导向决定。动态是指等径后的温度分布情况,由于熔体的长度增加,硅液减少,使温度发生变化。) 好的热系统配置能够拉出质量良好的棒子和节省用电,降低能耗。相反有的热场拉出的是
2、有缺陷的棒子甚至是多晶。所以现在实际生产中如何调整出良好的热场是技术人员的基本要求。 加热器是整个热系统的重要部件,因此了解加热器的温度分部情况对热场分布很重要。如图所示 从图中可以看出加热器中部温度最高,向上和向下逐渐减小,它的变化率为纵向温度梯度。加热器径向温度内表面,中心温度最低,靠近加热器 边缘逐渐变高,它的变化率为径向梯度。 单晶生长中,热场中存在着固液两种形态,所以固态的径纵梯度和液态的径纵梯度都不同。但是实际拉制中考虑生长界面的温度梯度。 整个单晶生长界面变化说明,结晶
3、界面的温度梯度有大于零,相对等于与零,到做后的小与零。从断线后提出的盖子可以直观判定,比如头部提出的盖子界面凸向熔体,尾部则相反。如下图所示: 一个热系统的热场分布要: (1) 使生长界面的纵向温度梯度大,但不能太大。 (2) 径向温度梯度尽量接近与零,保证结晶面平坦。 提高生长界面的纵向温度梯度可以调整盖距来调整,如降低保温罩的高度,需注意的是导流筒高度要考虑进去!还有石墨碳占的老化和炉内的气流对梯度也有影响。 同样的热场在不同条件下纵向温度梯度都不一样,有的公司把
4、一套热场搬到另外的炉子上去,什么都不变但就是成晶率不高,这里要说明一点“条件”不同则结果就不同。(纵向梯度不但但是热系统决定,炉内内部条件也有影响) 炉内内部条件稳定性先从真空度的稳定性着手:氩气从炉子顶部注入,然后由真空泵从炉底管道抽出,期间带走一部分的杂质和热量,(上排气可以有效阻止热量的散失和减少加热器的使用率,可以起到节能的效果)。但是由于外界不确定原因很难保持一个真空动态稳定比,拉大直径的棒子就很明显。 造成真空动态稳定比不稳定可以考虑: 1真空泵,泵是整个拉晶过程中的“环卫工人
5、”,拉晶过程中的挥发出来的杂质氧化物会混在泵油中,泵油会粘稠影响抽速。(定时换油) 2氩气的进气流量,这个会随着氩气罐氩气多少压力会改变。(转子流量计)。 解决这个真空稳定性可以对真空泵和氩气流量计进行改良:氩气进气可以用MFC代替转子流量计控制流量,还有真空筏的改良,可以用步进堞筏,当炉子实际压力超出或者小于设定压力时候,会自动调节设定炉压。这样的好处可以避免外界的干扰,使真空值相对稳定。在这方面老美的KAYEX炉子做的很好,浙大防KAYEX的控制柜做的也可以。 现在国内的光伏发展很快,
6、从05前的几家到现在的遍地开花,原先的6寸主导的单晶棒很难满足市场要求。我们对炉子的性能和热场也有了不同要求,现在用钼做热屏,改良排气方式等等。 我们要尝试改进工艺,减少成本,望各位同行共同探讨
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