多晶工藝流程及多晶爐簡介

1、2022-5-3多晶硅錠制成訓(xùn)練1.光伏產(chǎn)業(yè)的認(rèn)2.原材料的認(rèn)識3.產(chǎn)品外觀形態(tài)的感性認(rèn)識4.工藝流程的了解5.多晶硅錠的制成1.光伏產(chǎn)業(yè)的認(rèn)知o 1）能源產(chǎn)業(yè)o 2）綠色產(chǎn)業(yè)o 3）產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)及我們公司在產(chǎn)品中所處的位置 新能源和再生能源技術(shù)是二一世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具有決定性影響的五個技術(shù)領(lǐng)域之 一，新能源所指的首先就是太陽能，其次是生物能、核能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能能。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，是不產(chǎn)生任何環(huán)境污染的綠色能源。在太陽能的有效利用當(dāng)中，太陽能光伏發(fā)電利用是近年來發(fā)展最快，也是最具活力的研究領(lǐng)域。 2原材料的認(rèn)識生產(chǎn)太陽能電池所用的材料一般要求是：1

2、)半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；2)要有較高的轉(zhuǎn)換效率；3)材料本身對環(huán)境不造成污染；4)材料便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且材料的性能要穩(wěn)定；5)材料的生產(chǎn)成本低。 綜合以上幾個方面的因素考慮，硅材料是最理想的太陽能電池材料，而且硅太陽能電池的研究和應(yīng)用是完善的，是產(chǎn)業(yè)化和市場化水平最高的。硅的物理化學(xué)性質(zhì)物理、化學(xué)特性介于金屬和非金屬之間，其性硬而脆。硅元素符號為si，原子量為28.086。固態(tài)比重為2.33g/cm3，液態(tài)的比重為2.53g/cm3，熔點(diǎn)1423。其在自然界中呈氧化物狀態(tài)存在，在地殼中含量為27.6%,因而硅的資源極為豐富。硅材料的導(dǎo)電類型空穴導(dǎo)電電子導(dǎo)電2022-5-3高純硅的外觀形態(tài)

3、用料種類：還原多晶塊料chunk 鍋底料：potscrap菜籽料：granular 破片料：brokenwafer頭尾料：Top/tail 幣狀料：coined rolled邊皮料：CZ Sides 粉末料：powder粉塊料：powder rod工藝流程坩鍋的噴涂處理石英坩鍋石英坩鍋需經(jīng)過噴涂處理純水1600 ml氮化硅粉400 步驟步驟 時間時間 溫度溫度 C1 加熱加熱 10 分鐘分鐘2002 加熱加熱6 小時小時10003 保溫保溫3 小時小時10004 降溫降溫 室溫室溫 自然冷卻時間：自然冷卻時間：1012小時小時工藝流程裝料過程2022-5-3DSS爐外圍設(shè)施要求電：400 VA

4、C, 3 , 200 kVA, 50 Hz 冷卻水（PCW水系統(tǒng)）流量：110120l/m，進(jìn)水壓力3.4bar，最大4.4bar的進(jìn)水壓力,進(jìn)出水壓差保持37psi。最大進(jìn)水溫度：30，最小進(jìn)水溫度： 21，建議控制在241 氬氣：每個硅錠生長周期中總氬氣消耗量為4045m3，晶體生長過程中最大流量為50l/m，回充爐腔時最大流量為100l/m。環(huán)境要求：操作溫度：530 相對濕度：652022-5-3真空管溢流熔斷報警絲爐整體草圖 左圖為多晶左圖為多晶 DSS DSS 爐的剖面爐的剖面圖，可簡略看出多晶圖，可簡略看出多晶DSSDSS爐內(nèi)爐內(nèi)結(jié)構(gòu)。爐內(nèi)結(jié)構(gòu)大體可分為三結(jié)構(gòu)。爐內(nèi)結(jié)構(gòu)大體可分為

5、三塊塊: :(1)(1)爐內(nèi)加熱電極爐內(nèi)加熱電極; ;(2)(2)隔熱配件，俗稱隔熱配件，俗稱“隔熱籠隔熱籠”; ;(3)DS(3)DSBlockBlock2022-5-3Inlet 進(jìn)氣系統(tǒng)抽氣系統(tǒng)2022-5-3多晶爐壓力系統(tǒng)DSS多晶爐的壓力控制模式分為:Vacuum和gas 兩種模式在Vacuum模式里，所有的氣體輸入閥門都是關(guān)閉的，而V1閥門是打開的，以讓機(jī)器進(jìn)行抽真空。在Gas模式中，則是氣體輸入閥門V2及氣體輸出閥門V3是開啟的，與此相關(guān)的設(shè)定用inlet或outlet來控制，保證氣體在爐腔中的設(shè)定壓力。出氣閥V3恒定用進(jìn)氣閥V2控制出氣閥V3控制用進(jìn)氣閥V2恒定Inlet 控制

6、outlet 控制2022-5-3多晶爐水系統(tǒng)電極1電極2電極3頂蓋和上腔體主爐體下爐體上部下爐體下部部真空管路/真空泵交換器2022-5-3加熱o加熱這個步驟的目的則是要提升石墨部件及硅料的溫度；可能的話則是希望溫度越高越好、時間越短越好。溫度控制回路在1000以下是不穩(wěn)定的，約要在1000 以上才能工作，所以在這個步驟里只能用功率控制模式，不能使用溫度控制模式來控制爐子內(nèi)溫度。所有的步驟將在真空模式里執(zhí)行；讓所有的石墨部件及絕熱籠裝置吸附的濕氣和硅塊的表面濕氣被蒸發(fā)掉。o當(dāng)內(nèi)部的石墨部品變熱的時候；石墨部品包括加熱器、石墨坩堝板、DS-Block及絕緣籠的內(nèi)部表面等，一般都是從TC1計(jì)熱器

7、來測量進(jìn)入Melt的發(fā)生點(diǎn)(約莫1175)。而硅塊在此溫度下仍然是相當(dāng)暗的，約莫是在500以下。且絕緣籠的外部表面在此溫度下仍然是相當(dāng)冷的；所以在此溫度下，濕氣的蒸發(fā)將不會是容易的。o溫度控制模式則會在TC1計(jì)熱器達(dá)到“Heat Up Crossover to Temp Control”的設(shè)定點(diǎn)時才會開始；此數(shù)據(jù)則可以在Master Parameters里得知。當(dāng)?shù)竭_(dá)此溫度時則表示Heat程序的結(jié)束且將進(jìn)入Melt程序。2022-5-3熔化o此程序的第一個步驟里則繼續(xù)在Vacuum模式下以嘗試去完成空燒的動作；然后把污染物排除掉。溫度則是維持不變的(大約1175)，約莫1個半小時左右以讓硅塊的

8、溫度能上升接近石墨部品的溫度然后蒸發(fā)掉所有部品的濕氣和油氣或者是真空油脂的殘?jiān)?。o然后，在剩余的Melt及Growth的程序里有連續(xù)幾個較短的步驟，慢慢把壓力增加至需求值。其循序漸進(jìn)的步驟則是避免Pressure Deviation的警示音產(chǎn)生。而溫度則在這些步驟里也會慢慢地增加，以盡可能減少制程的時間。o當(dāng)溫度上升至最后的熔解溫度時；一般約為1550，然后維持此溫度所需的時間以完成硅塊的熔解。o熔解將會發(fā)生在下面的兩個步驟；第一個是調(diào)整電力以穩(wěn)定之前加溫步驟的溫度變化，一般是需要2個小時。在此步驟之后，電力則是呈線性的慢慢降低。DS-Block的溫度是很平穩(wěn)地，維持一個上升后的穩(wěn)定水平，只

9、有很微量的增加。o在下一個步驟則是End-of-Melt將會執(zhí)行于Melt End的特殊功能里。這個特殊功能的進(jìn)入則是取決于電力值及DS-Block溫度的斜率改變；其測量的方式則是每一分鐘去量測電力值斜率的改變，如果超過“Trigger”的設(shè)定值(可參考Master Parameters窗口)，則將會出現(xiàn)一窗口詢問操作者確認(rèn)熔解過程已結(jié)束。當(dāng)最后一個硅塊已熔解完成時則電力將會開始降低；因?yàn)橐巡恍枰嘤嗟碾娏磉M(jìn)行熔解硅塊的動作。而硅塊于超過熔點(diǎn)的溫度加熱時，全部熔完之后硅湯溫度開始上升，且亦會感應(yīng)到最小的斜率值，然后Melt End的窗口則會開啟。o當(dāng)Melt End步驟結(jié)束的時候，則所有的硅

10、塊將會達(dá)到熔點(diǎn)(1420)，但是靠近坩堝的外側(cè)則會有較高的溫度；因?yàn)榧訜岬姆绞绞侵苯蛹訜嶂鳞釄宓耐饩壎皇芹釄宓闹行?。液面的擾動是因?yàn)橛袩釋α鳜F(xiàn)象，所以從上方窗口可以看到片狀漂流物，但是沒有其它形式的攪動降低溫度梯度，造成在坩堝四周有較高溫度。o較慢的熔解過程應(yīng)該是較合人意的，但是其所需的成長時間將會拉長。而較高的溫度則會使坩堝邊緣及底部與Coating層作更多的化學(xué)反應(yīng)；較低的溫度及緩慢的熔解程序?qū)⒖赡苁怯欣诔砷L的，但是每一個顧客/使用者則必須去決定如何平衡所需的制程時間以避免影響Ingot的質(zhì)量。o最后的兩個或三個步驟則僅僅是把溫度降低；可以的話則越快越好，而開啟絕緣籠則是在Growth

11、的過程里。2022-5-32022-5-3長晶o在一開始的兩個或是三個步驟里，絕緣籠將會升高(開啟)至所選擇的成長高度而溫度的設(shè)定則會繼續(xù)的降低(慢慢的降低)。在第一個或第二個步驟里，DS-Block的溫度將會迅速的下降至1350且Ingot的成長開始于坩堝的底部。成長的方向成長的方向則是取決于坩堝的底部至液面的溫度梯度則是取決于坩堝的底部至液面的溫度梯度。o接下來的步驟則繼續(xù)慢慢的打開絕緣籠至所選擇的成長高度且溫度是維持不變的或者是慢慢的降低溫度，以維持每一小時成長的速率約在以維持每一小時成長的速率約在1.6至至2.0公分之公分之間。間。o在倒數(shù)第二個步驟里Melt Pyrometer會去偵

12、測Ingot中心的成長是否已結(jié)束。其偵測的方法是利用中心的硅液體變成固體時放射率的改變；則Melt Pyrometer會發(fā)現(xiàn)明顯的溫度改變，然后此變化則表示Ingot中心的成長已完成。o最后一個步驟則僅僅是確認(rèn)Ingot的角落成長是否完成。在此過程里其溫度將在此過程里其溫度將會下降會下降68以加速角落成長的完成。以加速角落成長的完成。一般此過程約需費(fèi)時3個小時之久，然后其特殊功能Growth End將會開始啟動。偵測Ingot角落成長完畢的方法則畢的方法則是監(jiān)控著是監(jiān)控著Power Setpoint的斜率變化的斜率變化；當(dāng)其偵測到斜率的變化少于設(shè)定值的時候(可參考Master Paramete

13、rs窗口)，則Corner Growth End的窗口將會開啟。2022-5-32022-5-3退火o已凝固的Ingot，從底部至頂部存在溫度梯度的情況。這樣的溫度梯度會導(dǎo)致Ingot產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，造成差排以及較小的裂痕等。假如成長玩的Ingot就這樣冷卻到室溫，則在Band Saw及Wire Saw的制程里，將可能產(chǎn)生明顯的裂痕。o此過程里則強(qiáng)調(diào)把溫度提升至此過程里則強(qiáng)調(diào)把溫度提升至1300或是稍高的溫度或是稍高的溫度，則可以把剛成長完Ingot的內(nèi)部應(yīng)力、差排從晶格間移到自然的邊界或是邊緣的內(nèi)部應(yīng)力、差排從晶格間移到自然的邊界或是邊緣，使得Ingot的質(zhì)量更趨完美。o把絕緣籠關(guān)閉，可以使I

14、ngot內(nèi)的溫度梯度更趨于致。絕緣籠的移動在第一個步驟就執(zhí)行完畢。而實(shí)際Ingot溫度的建立，則是依據(jù)中則是依據(jù)中心心TC2 DS-Block電熱計(jì)指示器所得到正確的Ingot溫度數(shù)據(jù)。o這樣的溫度將會維持1.53個小時左右以消除Ingot成長完成的應(yīng)力，然后溫度控制模式將會改變至電力控制模式改變至電力控制模式。o控制模式改變至電力控制模式及電力會慢慢降低至第三個步驟里的最后電力設(shè)定值。這使得Ingot的底部至頂部從較高溫冷卻下來時保持在相同的溫度。2022-5-3冷卻o冷卻能力以Helium最快，其次是Argon，最慢的是真空狀態(tài)。在冷卻的過程里則可以使用Helium以減少冷卻時間(Argo

15、n會較慢)；不過當(dāng)使用Helium進(jìn)行冷卻的話，則要小心的避免Ingot產(chǎn)生任何的裂痕，因?yàn)镮ngot是處在較高的冷卻斜率下的，其Ingot的外面溫度將會比里面的溫度還冷，所以將可能對Ingot產(chǎn)生其它不利的溫度梯度。o在冷卻的第一個步驟里則是將電力設(shè)定值降至0，且使用Argon氣體約莫3個小時。此步驟則是繼續(xù)進(jìn)行較緩和的冷卻而Ingot的溫度約在1000以上；其目的則是要避免Ingot的上面部份冷卻的比下面部分還快。o第二個步驟則是較短的第二個步驟則是較短的Vacuum模式，把模式，把Argon氣體完全抽出；時間大約是氣體完全抽出；時間大約是10到到15分鐘左右。分鐘左右。o在第三到六的步驟里則是采用Helium氣體，而壓力則是上升至600mbar。這些步驟里都是使用Helium氣體繼續(xù)進(jìn)行冷卻直到中心TC2 DS-Block電熱計(jì)的數(shù)據(jù)是是850亦或是稍微低一些。o第七個步驟里則是約在30分鐘以內(nèi)把絕緣籠的位置上升至2030公分處。o第八個步驟則是利用較長的冷卻時間(4到6個小時左右)使得爐內(nèi)中心TC2 DS-Block電熱計(jì)的數(shù)據(jù)