光伏毕业论文-单晶硅制备工艺

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1、毕业设计（论文）题目：单晶硅制备工艺年级专业：光伏材料加工与应用技术学生姓名：杨璐凡指导教师：郭清华年月日目录摘要我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon。是硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶

2、体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长

3、单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。关键字：单晶硅、直拉法、区熔法、外延法第一章绪论1.1硅的性质1、物理性质有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。系列类金属 族ⅣA族周期3元素分区p区密度2328.3kg/m³常见化合价+4硬度6.5地壳含量25.7%弹性模量190GPa（有些文

4、献中为这个值）密度2.33g/cm3（18℃）熔点1687K（1414℃） 沸点3173K（2900℃）摩尔体积12.06×10-6m³/mol汽化热384.22kJ/mol熔化热50.55kJ/mol蒸气压4.77Pa（1683K）间接带隙1.1eV（室温）电导率2.52×10-4/（米欧姆）电负性1.90（鲍林标度）比热700J/（kg·K）原子核外电子排布：1s2 2s22p6 3s23p2；晶胞类型：立方金刚石型；晶胞参数：20℃下测得其晶胞参数a=0.nm；颜色和外表：深灰色、带蓝色调；采

5、用纳米压入法测得单晶硅（100）的E为140～150GPa；电导率：硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480℃左右达到最大，而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。2化学性质硅有明显的非金属特性，可以溶于碱金属氢氧化物溶液中，产生（偏）硅酸盐和氢气。硅原子位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子。电子在原子核外，按能级由低硅原子到高，由里到外，层层环绕，这称为电子的壳层结构。硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。最外层

6、有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。[9] 加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不

7、溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。[10] 分类：纯净物、单质、非金属单质。（1）与单质反应：Si+O₂==SiO₂，条件：加热Si+2F₂==SiF₄Si+2Cl₂==SiCl₄，条件：高温（2）高温真空条件下可以与某些氧化物反应：2MgO+Si=高温真空=Mg(g)+SiO₂（硅热还原法炼镁）（3）与酸反应：只与氢氟酸反应：Si+4HF==SiF₄↑ +2H₂↑（4）与碱反应：Si+2OH-+H₂O==SiO₃2-+2H

8、₂↑（如NaOH，KOH）注意：硅、铝是既能和酸反应，又能和碱反应，放出氢气的单质。1.2硅材料应用1、单晶硅的制作硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧·厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧·厘米以下