【正文】 直拉單晶爐的熱場 直拉 單晶爐熱系統(tǒng)由加熱器、保溫系統(tǒng)、支持機(jī)構(gòu)、托桿、托碗等組成，加熱器 是熱系統(tǒng)的主體，用高純石墨制成。一般單晶爐搜裝有水壓繼電器，單晶爐不通水，加熱電源送不上。如果拉出了一段單晶，應(yīng)加溫把單晶熔化，重 新引晶。處理掛邊和搭橋時注意及時降溫，防止熔硅溫度過高產(chǎn)生硅跳。多晶硅在高溫熔化時，坩堝底部的氣泡壁 破裂或多晶硅的氣泡中氣體放出，氣體體積激烈膨脹，由于在真空下熔硅，氣泡體積激烈增加。出現(xiàn)掛邊或搭橋要及時處理，首先降低坩堝位置，快速升高溫度，一旦掛邊和搭橋消失，快速降溫，快速升高坩堝，避免產(chǎn)生硅跳。 拉晶過程中的異常情況及其處理 熔硅時出現(xiàn)的一些異常情況 掛邊和搭橋。完成收尾后，使單晶脫離熔體約 20毫米。 單晶硅有兩種收尾方法：慢收尾和快收尾。單晶爐一般都有溫度和單晶等直徑控制系統(tǒng)。 圖 （ CCD 圖像 —— 放肩） （七）等直徑生長和收尾 單晶硅等直徑生長中，隨著單晶長度的不斷增加，單晶的散熱表面積也越大，散熱速度也越快，單晶生長便面熔硅溫度降低，單晶直徑增加?？s頸 — 放肩 — 等直徑，光圈的變化為：閉合 — 開口 — 開口增大 — 開口不變 — 開口縮小 — 開口閉合。 （六）放肩和轉(zhuǎn)肩 細(xì)頸達(dá)到規(guī)定長度后，如果晶棱不斷，立刻降溫，降拉速，使細(xì)頸逐漸長大到規(guī)定的直徑，此過程稱為放肩?？s頸方法有兩種：快縮頸和慢縮頸。引晶時的籽晶相當(dāng)于在硅熔體中加入一個定向晶核，使晶體按晶核方向定向生長，制得所需要晶向的單晶，同時晶核使晶體能 在過冷度小的熔 體中生長，自發(fā)成核困難，容易長成晶。下種后籽晶周圍馬上出現(xiàn)光圈，而且籽晶與熔硅接觸面越來越小，光圈抖動厲害，表示溫度偏高，應(yīng)立即降溫，否則會熔斷，這種情況有兩種可能：直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 10 一是實際加熱功率偏高，應(yīng)適當(dāng)降低功率，隔幾分鐘再下種；二是由于熔硅和加熱器保溫系統(tǒng)熱惰性引起的，說明硅熔 完后下種過急，溫度沒有穩(wěn)定，應(yīng)穩(wěn)定幾分 鐘后再下種。 （四）引晶 多晶硅全部熔完后，籽晶下降到距離熔硅 35 毫米處烘烤兩三分鐘，使籽晶溫度接近熔硅溫度，籽晶 再下降與熔硅接觸，通常稱此過程為 “下種”。熔硅溫度升到 1000℃ 時應(yīng)轉(zhuǎn)動坩堝，使坩堝各部受熱均勻。爐內(nèi)真空升到 1X103乇 時，即可加熱熔硅。在單晶爐內(nèi)裝多晶硅時，先將石英坩堝 放入托碗，然后可按裝多晶步驟往石英坩堝內(nèi)放多晶塊，多晶硅裝完后，用塑料布將坩堝蓋好，再把防渣罩和裝好籽晶的夾頭裝在籽晶軸上。籽晶一定要裝 正、裝牢。用尼龍布（也可以用毛巾）沾無水乙醇擦干凈爐壁、坩堝軸和籽晶軸。 第 3 章 直拉單晶硅的工藝流程與常見故障處理 直拉單晶硅的一般工藝流程 直拉法 生長單晶硅工藝主要包括裝爐、熔硅、引晶、縮頸、放肩和轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾。 （三）漏油 單晶爐膛漏水會使單晶氧化，嚴(yán)重影響單晶質(zhì)量。一是密封圈過大，不能很好密封；二是密封圈和凹槽接觸不好； 再就是密封圈有贓物堆集，都能引起單晶爐漏油漏真空。（ 3）籽晶軸或坩堝軸不垂直。 （一） 籽晶軸和坩堝軸顫 動。 （三）籽晶軸和坩堝軸的密封圈經(jīng)常清洗，避免贓物聚集，保持良好的密封。 直拉單晶爐保養(yǎng)和維修 簡介 直拉單晶爐 要經(jīng)常保養(yǎng)，才能保持正常地長期運轉(zhuǎn)。真空系統(tǒng)由主爐室真空系統(tǒng)和副爐室真空系統(tǒng)組成。電源柜采用單獨水冷。在爐蓋上升并向右旋轉(zhuǎn)偏離爐體后， 主爐室才可上升。 10）爐體升降裝置 爐體升降包括主爐室的升降、副爐室升降及爐蓋升降。籽晶提升機(jī)構(gòu)有快速和慢速兩個驅(qū)動電機(jī)。 9)籽晶旋轉(zhuǎn)及提升裝置 籽晶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)軸、支撐座、集電環(huán)、磁流體及驅(qū)動電機(jī)組成。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 6 抽空口與副真空管道連接，在主副爐室隔離時，可以抽空副室，使副室達(dá)到和主室相同的真空條件。左側(cè)設(shè)有圓形的取光孔，可以安裝紅外控徑儀。爐底上還舍友設(shè)有兩個電極孔 ，電極桿通過此孔與加熱器連接。安裝在升降支架側(cè)面的旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過楔形帶實現(xiàn)坩堝軸的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。坩堝的升降結(jié)構(gòu)采用滾珠絲杠及雙直線導(dǎo)軌導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，體統(tǒng)剛性好，運動精度高。爐體升降驅(qū)動裝置安裝在機(jī)架后側(cè)的立柱上。 4）爐子結(jié)構(gòu)說明 單晶爐包括機(jī)架、坩堝驅(qū)動裝置、主爐室、翻板閥、副爐室、籽晶提升機(jī)構(gòu)、 爐體升降驅(qū)動裝置、真空裝置、充氣體統(tǒng)及水冷系統(tǒng)等組成。建議用戶為本設(shè)備 的 “ 熱 場加熱電源”配備諧波抑制裝置，以利于提高電能利用效率，減少干擾。 電源以及電控柜：電控柜 、 濾波柜控制以及連接線。 爐筒：包括取光孔。 圖 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 3 第 2 章 直拉單晶爐設(shè)備結(jié)構(gòu)及保養(yǎng)與維護(hù) 直拉單晶爐的結(jié)構(gòu) 單晶爐的主要構(gòu)成部件有提拉頭 、 副室 、 爐蓋 、 爐筒 、 下爐筒 、 底座機(jī)架 、坩堝下傳動裝置 、 分水器以及水路布置 、 氬氣管道布置 、 真空泵以及真空除塵裝置和電源以及電控柜。根據(jù)生長晶體不同的要求， 加熱方式用高頻中頻感應(yīng)加熱或電阻加熱法。 直拉單晶硅的特點 單晶硅的生產(chǎn) 方法以直拉法和區(qū)熔法為主，世界單晶硅產(chǎn)量，其中 70～ 80%是直拉法生產(chǎn)， 20～ 30%是區(qū)熔和其他方法生產(chǎn)的。 用直拉法制備硅單晶時，把高純多晶硅放入高純石英坩堝，在 硅單晶爐內(nèi)熔化；然后用一根固定在籽晶軸上的籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便在籽晶下端生長。 區(qū)熔法不使用坩堝，污染少，經(jīng)區(qū)熔提純后生長的單晶硅純度較高，含氧量和含碳量低。 Process Improvement 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 1 第 1 章 緒論 單晶硅的制備方法 為了制備 性能良好的單晶硅，在生產(chǎn)實踐中，人們通過不斷探索 、 發(fā)展和完善了 單晶硅 生長技術(shù)。 關(guān)鍵詞：直拉法；單晶硅；單晶爐；熱場；工藝改進(jìn) 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 II Czochralski silicon device and process research Abstract Thanks to the rapid development of the global PV industry, the photovoltaic industry in China in recent years to take off quickly. At present, China has bee a large photovoltaic industry, vigorously develop around the solar industry, many of monocrystalline silicon panies have launched. Study and master the monocrystalline silicon preparation process is particularly important. The monocrystalline prepared Czochralski method, zone melting, while most of the domestic monocrystalline Czochralski prepared. Czochralski method of growing monocrystalline Si devices and the process is relatively simple, easy to achieve automatic control, high production efficiency, easy to prepare a largediameter single crystal,