【正文】 及處理 ....................................13 熔硅過(guò)程中的異常情況及其處理 ............................. 13 硅跳 ..................................................... 13 突然停電及熔硅時(shí)未通水 ................................... 14 單晶爐常見(jiàn)故障 ............................................... 14 第四章 單晶爐熱場(chǎng)的研究和技術(shù)改進(jìn) ................................16 直 拉單晶爐的熱場(chǎng) ..............................................16 直拉單晶爐熱場(chǎng)控制系統(tǒng) ........................................17 結(jié)論 ..............................................................19 參考文獻(xiàn) ..........................................................20 致謝 ..............................................................21 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 I 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 摘要 得益于全球光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)近年來(lái)也迅速騰飛。 Single crystal furnace。 目前區(qū)熔單晶應(yīng)用范圍比較窄，不及直拉工藝成熟，單晶中一些結(jié)構(gòu)缺陷沒(méi)有解決。直拉法；該法的簡(jiǎn)單描述為：原料裝在一個(gè)坩堝中，坩堝上方有一可旋轉(zhuǎn)和升降的籽晶桿，桿的下端有一夾頭，其上捆上一根籽晶。 副室：主要是 副室筒以及上下法蘭組成。 10%， 50HZ 功率：大于 150KW/臺(tái) 配電盤(pán)應(yīng)裝有 500V、 400A 的空 氣開(kāi)關(guān) ，及 380V、 400A 的隔離開(kāi)關(guān)。坩堝驅(qū)動(dòng)裝置安裝在機(jī)架下部的平板上?？焖匐姍C(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)坩堝的快速升降。上爐筒放在下?tīng)t筒上，并留有一高溫計(jì)接口。 8）副爐室 副室的頂部設(shè)有一充氣環(huán)，在拉晶過(guò)程中氬氣都由此充入。快速電機(jī)通過(guò)齒形帶與蝸輪蝸桿減速器相連 并通過(guò)電磁離合實(shí)現(xiàn)與慢速電機(jī)間的互鎖。 11)水冷系統(tǒng) 水冷系統(tǒng)分三路進(jìn)水，分別用來(lái)冷卻爐體下部各冷卻部位、爐體上部各冷卻部位、機(jī)械泵等。真空管道與爐體的連接直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 7 采用波紋管連接，減少振動(dòng)的傳播，并補(bǔ)償管路連接的位置誤差。 （五）定期清洗單晶爐的觀察窗，保持良好的觀察狀態(tài)。這些故障一般都不難解決。漏水的明顯的特征是單晶產(chǎn)生氧氣，單晶顏色發(fā)白。值得指出的是，熱系統(tǒng)中如果換有新石墨器件，必須在調(diào)溫伉真空下煅燒一小時(shí)，除去石墨中的一些雜質(zhì)和揮發(fā)物。拉制摻雜劑是純?cè)?銻 、磷、砷易揮發(fā)金屬的單晶硅，不能將摻雜劑預(yù)先放入石英坩堝，必須放在摻雜勺內(nèi)，才能保證摻雜準(zhǔn)確。減壓下拉晶，關(guān)閉高真空后以一定流量通入高純氬氣，同時(shí)調(diào)整低真空閥門(mén)使?fàn)t膛保持恒定真空。若籽晶是方形，籽晶和熔硅接觸的四條棱變成針狀，面上呈現(xiàn)弧形，圓弧直徑略小于籽晶斷面的棱長(zhǎng)?？炜s頸熔體溫度較低，主要控制生長(zhǎng)速度，生長(zhǎng)速度一般為 2～6毫米 /分。 放平肩的特點(diǎn) 主要控制單晶生長(zhǎng)速度，熔體溫度較低 （和慢放肩相比）。 當(dāng)熔硅較少后，單晶開(kāi)始收尾。停掉加熱電流，關(guān)閉低真空閥門(mén)，排氣閥門(mén)和進(jìn)氣閥門(mén)，停止真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉所有控制開(kāi)關(guān)。厲害的硅跳熔硅跳出坩堝外，飛濺在加熱器、保溫罩、石墨托碗和單晶爐壁上，使石墨器件損壞，嚴(yán)重硅跳會(huì)燒壞單晶爐底。在真空下熔硅或者拉晶時(shí)，首先關(guān)閉真空閥門(mén)，打開(kāi)放氣閥（ 電磁閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)放氣），然后提起單晶，把所有開(kāi)關(guān)、旋鈕轉(zhuǎn)到零位。單晶爐加熱時(shí)間不長(zhǎng)，溫升不高時(shí)，可以快速大量通水，待爐溫正常后在調(diào)整水壓。 于是，仿照力學(xué)上的力場(chǎng)，電學(xué)上磁場(chǎng)的描述，稱(chēng)這種熱力學(xué)上的溫度分布為“溫度場(chǎng)”，通常稱(chēng)為“熱場(chǎng)”。不好的熱場(chǎng)，不但根本生長(zhǎng)不出單晶，即便生長(zhǎng)出單晶，也容易發(fā)生晶變，變成多晶或有大量的結(jié)構(gòu)缺陷。坩堝里整個(gè)熔硅表面，由于熔硅的傳熱與單晶硅結(jié)晶放出結(jié)晶潛熱，還有晶體散熱三個(gè)因素影響，單晶最初生長(zhǎng)可以近似認(rèn)為熔硅便面徑向溫度梯度大于零，單晶生長(zhǎng)到中部時(shí)，可近似地認(rèn)為熔硅表面徑向溫度梯度等于零 ，單晶硅生長(zhǎng)到尾部時(shí)，熔硅表面的徑向 溫度梯度由小于零到大于零，溫度梯度變化成倒人字形。通過(guò)以上這個(gè)溫度控制和測(cè)試平臺(tái)，我們用各種控制算法來(lái)對(duì)直拉單晶爐熱場(chǎng)溫度進(jìn)行控制，比較其控制性能。 3）通過(guò)設(shè)定拉速實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，拉速可隨時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可按工藝要預(yù)先 設(shè)定工藝，即按拉晶的長(zhǎng)度設(shè)定拉速，控制系統(tǒng)根據(jù)某一時(shí)段內(nèi)實(shí)際平均拉晶和設(shè)定拉速的差來(lái)控制溫度，當(dāng)實(shí)際拉速大于設(shè)定拉速時(shí)，增大加熱功率，當(dāng)實(shí)拉速小于設(shè)定拉速時(shí)，降低加熱功率，差值的大小控制加熱功率的變化量。A 半導(dǎo)體物理與器件 [M].北京： 電子工業(yè)出版社， 20202 [5] 黃有志，王麗 .單晶直拉工藝技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20207 [6] 尹建華 .半導(dǎo)體 硅材料基礎(chǔ) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20202 [7] 羅平 .直拉法單晶生長(zhǎng)原理與工藝 [D].中國(guó)優(yōu)秀碩士論全文數(shù)據(jù)庫(kù)， 2020 [8] M Hourai Nature and generation of rrownin defects in CZ silicon crystals 1998 [9] 王占國(guó) .半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展 [J].半導(dǎo)體技術(shù)， 20203 [10] Feodorov Physical modeling of the meltfow during largediametersilicon single crystal growth 20207 [11] 蔣榮華，肖順珍 .我國(guó)半導(dǎo)體硅材料的發(fā)展現(xiàn)狀 [J].半導(dǎo)體情報(bào)， 20206 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 21 致 謝 本文 是在我的指導(dǎo)老師朱貴新 老師 的幫助下完成的，老師淵博的課程知識(shí)讓我受益匪淺 ，耳目一新。 還有這大學(xué)幾年陪著我的同學(xué)和老師們，是你們讓我的大學(xué)生活豐富多彩，在這其樂(lè)融融的學(xué)習(xí)氛圍中，不僅讓我們的知識(shí)得到了提高還讓我們之間的情誼得到了升華。改進(jìn)了氬氣流場(chǎng)，促進(jìn)了 SiO的會(huì)發(fā)，使單晶硅中含氧量有所下降。 直拉單晶爐熱場(chǎng)溫度控制系統(tǒng)一般以控制功率反饋與溫度反饋相結(jié)合，控制方式一般采用三相可空硅控制系統(tǒng)，輸出功率的溫定度要求達(dá)到 %～ %，調(diào)節(jié)精細(xì)。但是，不能過(guò)大，單晶即能良好生長(zhǎng)，又不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷和產(chǎn)生晶變，應(yīng)盡量使溫度梯度變化平滑，不產(chǎn)生溫度突變，不使單晶生長(zhǎng)受到較大的熱沖擊。熱場(chǎng)的徑向溫度梯度，包括晶體的徑向溫度梯度，熔體 的徑向溫度梯度核生長(zhǎng)界面的徑向溫度梯度。靜態(tài)熱場(chǎng)指多晶硅熔化后，引晶時(shí)候的溫度分布狀況，由加熱器、保溫系統(tǒng)、坩堝位置及周?chē)h(huán)境決定。 表 單晶爐常見(jiàn)的故障 、產(chǎn)生原因及排除方法 故障現(xiàn)象 產(chǎn)生原因 排除方法 1 真空抽不到指標(biāo) 真空密封室密封不亮 球閥處密封松動(dòng)或損壞 對(duì)真空室進(jìn)行分段檢驗(yàn)確定漏 點(diǎn)，進(jìn)行排除 2調(diào)整球閥或更換密封圈 2 堝升不穩(wěn) 絲桿 螺母有污物，潤(rùn)滑不良 清洗絲桿螺母，加潤(rùn)滑油 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 15 電磁閥離合器工作不良 齒輪帶松動(dòng)或齒合不良 給定電位器接觸不良 測(cè)速電機(jī)有問(wèn)題 調(diào)整電磁離合器 調(diào)整齒輪帶 更換電位器 檢查測(cè)速機(jī)刷頭更換電機(jī) 3 堝轉(zhuǎn)不穩(wěn) 坩堝軸有卡滯現(xiàn)象