【正文】 easy to control the concentration of impurities in the single crystal can be prepared by a lowresistance single crystal. This paper details the the the Czochralski crystal furnace structure and Czochralski silicon process, mon problems encountered and the actual production may last some key processes, such as the design of the thermal field remendations for improvement. Keyword: Czochralski。研究和掌握單晶硅的制取工藝顯得尤為重要。目前，我國已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)大國，各地大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，許多單晶硅企業(yè)紛紛上馬。 本論文詳細介紹了直拉單晶爐的結(jié)構(gòu)與直拉單晶硅的工藝流程，并對實際生產(chǎn)中可能遇到的常見問題進行了分析，最后對一些關(guān)鍵工藝如熱場設(shè)計方面提出自己的改進建議。 Thermal field。 懸浮區(qū)熔法是將多晶硅棒用卡具卡住往上端，下端對準籽晶，高頻電流通過線圈與多晶硅棒耦合，產(chǎn)生渦流，使多晶棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使 硅棒熔化和進行單晶生長，用此方法制得的單晶硅叫區(qū)熔單晶。 直拉法 直拉法（ CZ法），也叫且克勞斯基（ Czochralsik）法，此法早在 1917 年由且克勞斯基建立的一 種晶體生長方法，后來經(jīng)過很多人的改進，成為現(xiàn)在制備單晶硅的主要方法。厘米， 質(zhì)量很難控制。原料被加熱器熔化后，將籽晶插入熔體之中，控制合適的溫度，邊轉(zhuǎn)動提拉，即可獲得所需單晶。 可以方便地使用定向籽品和籽晶細頸 ，以減小晶體重點缺陷，得到所需取向的晶體。 爐蓋：副室連接法蘭，翻板閥，觀察窗真空管道組成。 坩堝下傳動裝置：主要由磁流體電機坩堝支撐軸減速機軟波紋管立柱上下傳動支撐架導軌等部件組成。廠房內(nèi)不應(yīng)有會對單晶爐電系統(tǒng)正常運行造成不良影響的射電干擾和電磁干擾。泵與主機之間最好設(shè)隔斷墻、并具備良好的廢棄排放及防污染工作環(huán)境。主爐室固定機架的上平面上，翻板閥連接在主室與副室之間，籽晶提升機構(gòu)安裝在副室上。坩堝驅(qū)動裝置包括坩堝的升降、快速升降、及坩堝的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。手動裝置通過一對斜齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，達到坩堝升降目的。爐底固定在機架上平面上，其中心控是坩堝軸的找正基準，孔下端與坩堝驅(qū)動裝置用波紋管密封連接。爐蓋為橢圓形封頭結(jié)構(gòu)，爐蓋正面有水冷結(jié)構(gòu)的觀察窗，在該觀察窗上可裝測徑儀，可以直接測出晶體的直徑。翻板閥上設(shè)有一抽空口和一壓力變送器接口。副室上部的觀察窗用以觀察重錘及充氣環(huán)等處的情況。集電環(huán)用以提供籽晶提升機構(gòu)的電能以及傳遞電信號。在第二級蝸輪蝸桿減速器的輸出端裝有旋轉(zhuǎn)電位器，可以計算晶體的長度和位置。主爐室有一套單獨的提升機構(gòu)，與副爐室升降機構(gòu)對稱置于立柱的兩面。回水相應(yīng)也有三路，各路水管通過軟膠管與主機相連。 12）真空及充氣系統(tǒng) 真空系統(tǒng)的所有管路都采用不銹鋼管，所有連接處采用“ O”形 橡膠密封圈。副爐室真空系統(tǒng)包括旋片式真空泵、帶放氣電磁閥、電磁截止閥。 （二）籽晶軸和坩堝的轉(zhuǎn)動絲杠和滑運軌道經(jīng)常注入潤滑油。 直拉單晶爐維修主要有以下幾個方面。（ 2）電機轉(zhuǎn)矩小。 （二）漏油漏真空 漏油或漏真空一般發(fā)生在籽晶軸或坩堝軸密封部分。當然，真空泵出故障，只需要修理真空泵就可以了。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 8 尋找漏水點，首先把爐膛擦干凈，關(guān)閉爐門，通冷卻水，抽真空，然后打開爐門，在燈光照耀下，仔細檢查，出現(xiàn)水珠處就是漏水點，用氦氣質(zhì)譜檢漏儀迅速準確檢查出漏水點。打開爐門，取出上次拉的單晶硅，卸下籽晶夾，取出用過的石英坩堝，取出保溫罩和石墨托碗，用毛刷把上面的附著物刷干凈。 （二）裝爐 腐蝕好的籽晶裝入籽晶夾頭。將稱好的摻雜劑放入裝有多晶硅石英坩堝中 （每次放法要一樣），再將石英坩堝放在石墨托碗里。 一切 工作準確無誤后，關(guān)好爐門，開動機械泵和低真空閥門抽真空，爐內(nèi)真空 5X101乇 時，打開冷卻水，開啟擴散泵，打開高真空閥。一般說來，在流動氣氛下或在減壓下熔硅比較穩(wěn)定。流動氬氣下拉晶，硅熔化完后，同時關(guān)閉機械泵、擴散泵、高真空和低真空閥門，以一定流量通入高純氬氣，調(diào)整排氣閥門，使爐膛保持一定的正壓強，轉(zhuǎn)動籽晶軸，降下籽晶。也就是說，準確的引晶溫度必須用籽晶試驗才能確定。 溫度合適后，提拉籽晶，開始提拉緩慢，籽晶上出現(xiàn)三個均勻分布的白點（ 111晶抽的單晶），或者四個對稱分布的白點（ 100晶向單晶），或者兩對稱分布的白點（ 110晶向單晶），引出的晶體是單晶，引晶過程結(jié)束。下種時，由于籽晶和熔硅溫差大，高溫的熔硅對籽晶造成強烈的熱沖擊，籽晶頭部產(chǎn)生大量位錯，通過縮頸，使晶體在生長中 將位錯“縮掉”，成為無位錯單晶。沿 111方向生長的硅單晶，細頸的長度等于細頸直徑的 4～ 5 倍。慢放肩主要通過觀察光圈的變化確定熔硅溫度的高低。放肩時，拉速很慢，拉速可以是零，當單晶將要長大到規(guī)定直徑時升溫，一旦單晶長到規(guī)定直徑，突然提高拉晶速度進行轉(zhuǎn)肩，使肩近似直角，進入等直徑生長。坩堝升高快慢和拉晶速度降低的多少主要影響加熱功率的變化，坩堝上升速度快，保持單晶等直徑生長，可以少降溫，拉晶速度降低較快，可以不降溫甚至可以升溫。尾部收的好壞對單晶的成品率有很大影響?？焓瘴仓饕郎乜欤俣雀?，單晶很快收縮變細。晶體冷卻 6小時后，拆爐 取出晶體，送檢驗部門檢驗。產(chǎn)生掛邊和搭橋一是坩堝內(nèi)多晶硅裝的不合要求，二是熔硅時坩堝位置太高，過早的提高坩堝位置和過早的降 溫都容易產(chǎn)生掛邊和搭橋。 有三種情況可以產(chǎn)生硅跳：多晶硅中有氧化夾層或封閉的氣泡；坩堝底部有封閉氣泡和熔硅時溫度過高。 Si+SiO?===2SiO↑ 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 14 為了避免熔硅時產(chǎn)生硅跳，應(yīng)仔細挑選多晶硅和石英坩堝，熔硅溫度不要太高，一般在 1500℃ ～ 1600℃ ，最好在流動氣氛下熔硅。停電時間短，來電后，立即送電，繼續(xù)加熱熔硅。 熔硅或拉晶過程中，突然停水或沒通冷卻水就加熱熔硅的現(xiàn)象很少發(fā)生。 單晶爐常見故障 以下列出了 單晶爐常見的 12種故障，并一一對其可能產(chǎn)生原因進行了分析，并給出了相應(yīng)的排除方法。所謂溫度梯度，指某點的溫度 T 在某方向的變化率。單晶爐內(nèi)的熱場在整個拉晶過程中的變化的，因此， 上面所說的熱場，包括靜態(tài)熱場和動態(tài)熱場兩種形態(tài)。動態(tài)熱場是晶體生長時的實際熱場，它是在靜態(tài)熱場的基礎(chǔ)上補充變化而來的。因此，尋找較好的熱場條件，配置最佳熱場，是直拉單晶硅生長工藝非常重要的技術(shù)。一般來說，單晶硅中部結(jié)晶機 平坦，界面的徑向溫度梯度等于零。 綜上所述，一個熱系統(tǒng)，合理的熱場溫度分布應(yīng)該是： （ 1）生長界面的縱向溫度梯度盡可能 大，這樣，才能使單晶生長有足夠的動力。其中熱場系統(tǒng)包括石墨加熱器、石墨坩堝、石墨支座、石墨碳氈保溫罩和石墨電極，其中加熱器是熱場的主體，電氣溫度控制系統(tǒng)包括電氣控制柜，可控硅整流，溫度傳感器等。由于控制系統(tǒng)采樣 PLC 為核心，因此我們可以將比較復(fù)雜的控制算法直接移植到直拉單晶爐熱場現(xiàn)場溫度控制中，在不提高直拉 單晶爐熱場溫度控制系統(tǒng)價格的前提下，提高直拉單晶爐熱場溫度控制的控制效果。 1） 調(diào)節(jié)加熱功率，使用電位器調(diào)節(jié)加熱器的電壓，從而使加熱器達到一定的加熱功率。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 19 第 5 章 結(jié)論 在爐室氣 壓保持恒定的前提下，施加的熱屏起到導流筒的作用。（ 2）生長界面的徑向溫度梯度盡量接近零或等于零，保證結(jié)晶界面平坦。老師對科學事業(yè)孜孜以求、廢寢忘食的精神時時鞭策著我在未來旅途中發(fā)奮努力、