【導(dǎo)讀】原則上講，使用純度越高的輔材其鑄錠質(zhì)量就越好，但在實(shí)際生。產(chǎn)中過高追求質(zhì)量往往會(huì)增大投入，企業(yè)真正追求的是投入產(chǎn)出比。了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。對(duì)鑄造多晶硅中的雜質(zhì)陰影以及少子壽命的分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。究發(fā)現(xiàn)，氮化硅顆粒比表面積大，不利于硅錠的順利脫模。命和頂部紅區(qū)長度也存在明顯差異。這就要求在工藝生產(chǎn)中，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量

　　

【正文】 11 11 15 11 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 表 33 氮化硅的主要理化性能指標(biāo) 檢測項(xiàng) 氮化硅 B 氮化硅 A 氮化硅 C N（ %） ﹥ 38 C（ %） O（ %） Cl（ %） \ 55 \ Fe（ %） 8 3 10 Ca（ %） 4 1 10 Al（ %） 4 2 10 αSi3N4（ %） \ \ % 比表面積（ m2/cm3） D10(μm) D50(μm ) D90(μm ) 表 34 各種雜質(zhì)在 Si 中的平衡分凝系數(shù) 元素 在 Si 中的平 衡分凝系數(shù) 硼 (B) 鋁 (Al) 2 103 鎵 (Ga) 8 105 磷 (P) 砷 (As) 鐵 (Fe) 5 106~6 106 氧 (O) 銅 (Cu) 4 104 碳 (C) 金 (Au) 105 銻 (Sb) 通常，雜質(zhì)在鑄造多晶硅硅錠中的分布，與該雜質(zhì)在硅中的分凝系數(shù) K河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 有關(guān)。在鑄造多晶硅錠料由底部向頂部逐漸凝固時(shí)，如果雜質(zhì)的分凝系數(shù)K1，則凝固過程中，固相中的雜質(zhì)不斷地被帶到熔體中，出現(xiàn)雜質(zhì)向底部集中，越接近 底部濃度越大，相反，如果分凝系數(shù) K1，則雜質(zhì)集中在頂部，越接近頂部濃度越大。常見的幾種雜質(zhì)在 Si 中的平衡分凝系數(shù)如表 34 所示。 影響硅錠少子壽命的主要因素是氧、鐵等主要的雜質(zhì)元素，而在第一章中提到的碳元素的雜質(zhì)主要來源于多晶原料、生長爐內(nèi)氣氛、石墨坩堝的沾滲與石墨加熱元件的熱化學(xué)反應(yīng)等，本實(shí)驗(yàn)研究的是石英坩堝和氮化硅對(duì)硅錠質(zhì)量的影響，所以不考慮碳這種雜質(zhì)元素的影響。 由于本實(shí)驗(yàn)使用石英坩堝作為熔煉過程的載體，因此在晶體生長過程中，氧通常由于高溫下熔硅和石英坩堝的反應(yīng)被引入多晶硅中。由于硅錠的底部及邊緣處 與坩堝接觸，所以硅錠底部及邊緣處氧濃度會(huì)比頭部和中間部位處氧濃度要高；另一方面 O 元素在 Si 中的平衡分凝系數(shù)大約在 左右，大于 1，所以根據(jù)分凝規(guī)律，氧濃度從硅錠底部逐漸向頭部遞減。在實(shí)驗(yàn)所用的三種氮化硅中的雜質(zhì)都含有氧元素，并且氮化硅 C 中雜質(zhì)氧的含量較高占%。這就導(dǎo)致了在硅錠的底 部存在大量的氧雜質(zhì)，是硅錠底部的少子壽命較小，底部紅曲長度較長 。 實(shí)驗(yàn)所用的石英坩堝和氮化硅中主要雜質(zhì)除了 C、 O 外，其它的主要為金屬元素如： Fe、 Ca、 Al、 Mg 等。其中 Fe 被認(rèn)為鑄造多晶硅中最常見的有害雜質(zhì)之一。而 Ca、 Al、 Mg 等雜質(zhì)元素對(duì)多晶硅硅錠質(zhì)量的影響較小，本文不再進(jìn)一步的研究。 鐵在硅中的分凝系數(shù)大約為 5106~7106，鐵濃度沿硅錠的分布特征為：底部和頂部濃度較高，中間部分濃度較低，且分布較為均勻。 這與僅由分凝機(jī)制決定的間隙鐵濃度分布，特別是在底部處產(chǎn)生了較大偏離。在硅錠底部處出現(xiàn)了較大的間隙鐵濃度，由于鐵在硅中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)，所以這可能是硅錠底部凝固完成后的冷卻過程中，鐵由坩堝或者氮化硅保護(hù)層向其進(jìn)行固相擴(kuò)散的結(jié)果。所以由于 Fe 雜質(zhì)的存在，硅錠的紅區(qū)就越長，少子壽命也就越小。 石英坩堝的密度和氣孔 率同樣影響著石英坩堝的性能 。 密度越小，氣孔率越高，在長晶階段硅熔體內(nèi)部熱量向外擴(kuò)散慢，導(dǎo)致長晶速率小，坩堝和涂層內(nèi)的雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入硅中更多。 綜上分析可以得出， 使用不同廠家的 石英坩堝、氮化硅鑄錠，硅錠的底部紅區(qū)長度存在明顯不同，硅錠的少子壽命和頂部雜質(zhì)長度也存在明顯差異。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 也就說由于雜質(zhì)的影響硅錠底部和頂部的少子壽命較小，紅區(qū)長度較長。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 結(jié) 論 丙 A組合硅錠和丁 A組合硅錠的外觀最好，丁 C組合硅錠的外觀最差。硅錠的順利脫模主要與氮化硅涂層有關(guān)。氮化硅 顆粒比表面積較大，表面能較高導(dǎo)致了硅錠脫模后存在了一層氮化硅涂層。 乙 A 組合硅錠和丁 A 組合硅錠的少子壽命最大，丙 A 組合硅錠和丁C 組合硅錠的少子壽命最??；丁 A 組合硅錠的紅區(qū)長度最短，丁 C 組合硅錠的紅區(qū)長度也最長。 總的來說，在使用相同的氮化硅 A和不同坩堝的情況下，石英坩堝丁的使用效果最好，石英坩堝甲、乙和丙使用效果沒有丁好，但都符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而在使用相同的石英坩堝丁和不同氮化硅的情況下，氮化硅 C的使用效果最差，氮化硅 A和 B的使用效果都比 C好。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 參考文獻(xiàn) [1] 余明清 ,袁向東 .太陽能多晶硅用關(guān)鍵配套材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].新材料產(chǎn)業(yè) ,2021,3(6):35～ 38 [2] 張發(fā)云 ,葉建雄 .鑄造多晶硅制備技術(shù)研究進(jìn)展 [J].材料導(dǎo)報(bào) ,2021，23(5):113~114 [3] 黃鴻平 ,秦建華 .多晶硅市場研究 [J].科技廣場 ,2021,12(3):14～ 16 [4] 席珍強(qiáng) ,楊德仁 ,陳君 .鑄造多晶硅的研究進(jìn)展 [J].材料導(dǎo)報(bào) ,2021， 15(2)：67～ 69 [5] ,L nitrde:review of synthsis methods[J], ,1993,11(6):463～ 465 [6] 鐘根香 ,周浪 ,周潘兵 ,等 .定向凝固多晶硅的結(jié)晶組織及晶體缺陷與雜質(zhì)研究 [J].材料導(dǎo)報(bào) ,2021,22(12):14～ 18 [7] 楊德仁 .太陽電池材料 [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021:501～ 550 [8] 郭潔 ,丁麗 ,劉向陽 .太陽能的 研究現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢 [J].許昌學(xué)院報(bào) ,2021,11(5):96～ 98 [9] 黃宜平 .多孔硅對(duì)硅中缺陷的吸除效應(yīng) [J].半導(dǎo)體學(xué) 報(bào) .1998,19(12)：101～ 105 [10] 鄧海 ,楊德仁 ,唐駿 ,等 .鑄造多晶硅中雜質(zhì)對(duì)少子壽命的影響 [J].太陽能學(xué)報(bào) ,2021(2):151～ 154 [11] 鄧海 .鑄造多晶硅中原生雜質(zhì)及缺陷的研究 :[碩士論文 ].浙江 :浙江大 學(xué) ,2021:1～ 2 [12] 劉美 .冶金法提純多晶硅過程中氮化硅涂層的研究 :[碩士論文 ].大連：大連理工大學(xué) .2021:25～ 31 [13] Green M A． Photovolatic principles[J]． Materials Science in Semiconductor Processing,2021,14:11～ 17 [14] , of Crucible Purity and Interface Characteristics on Multicrystalline Silicon Ingot Quality[J].the 21th European Photovoltaic Solar EnergyConference,Dresden,2021:1052~1056 [15] 楊德仁 .太陽能電池 用多晶硅材料的現(xiàn)狀和發(fā)展 [J].中國建設(shè)動(dòng)態(tài)（陽光能源 ),2021,10(1):36～ 39 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 [16] 楊德仁 .半導(dǎo)體材料測試與分析 [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2021:21～ 28 [17] 陳治明 .半導(dǎo)體概論 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021:56～ 100 [18] Crucible for the treatment of molten silicon[J].Journal of Crystal Growth,2021,10(8):56～ 78 [19] 唐駿 .鑄造多晶硅中 的原生雜質(zhì) [J].太陽能學(xué)報(bào) .2021,98(6):68～ 70 [20] of selected feedstock impurities on properties of multicrystalline silicon ingots[J].Proceeding of Microwave Photoconductivity Decay ,2021,(97):50～ 52 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 致 謝 本論文是在 黃金亮教授 和李 飛龍工程師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的 ，同時(shí)也感謝李謙副教授的校內(nèi)指導(dǎo) 。 從論文的選題、研究、實(shí)驗(yàn)，到論文每份進(jìn)展都凝聚著導(dǎo)師的心血，在此向?qū)焸儽硎局孕母兄x。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度為我樹立了學(xué)習(xí)的榜樣，并將成為激勵(lì)我在以后的學(xué)習(xí)工作中進(jìn)行探索，進(jìn)取的動(dòng)力。 本次實(shí)驗(yàn) 得到阿特斯光伏電力（洛陽）有限公司在技術(shù)及實(shí)踐操作方面的大力支持 ， 同時(shí)也得到了 技術(shù)部 對(duì)本研究的極大重視，讓本研究工作在一個(gè)優(yōu)越的環(huán)境下進(jìn)行。 在實(shí)驗(yàn)期間，阿特斯的員工給了我很多幫助，特別是李工的認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我學(xué)會(huì)了很多生產(chǎn)上的知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)怎樣把書本上的知 識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中。無論是在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程還是在論文的撰寫過程中，都傾注了李工大量的心血。在此對(duì)他們表示深深的感謝！ 同時(shí)感謝阿特斯技術(shù)部員工張偉娜學(xué)姐和劉亞飛學(xué)長， 在實(shí)驗(yàn)的過程提出了很多寶貴意見，實(shí)驗(yàn)還得到了 汪二明等 同學(xué)的熱情幫助， 也感謝我的室友尚興記 、 張衡等同學(xué)在生活 和工作 上給予我的幫助 ，感謝他們熱情無私幫助。同時(shí)，對(duì)所有支持和幫助我的老師，同學(xué)表示深深的謝意 ！ 希望我的努力和成績能給予他們最好的回報(bào)。 β方石英 γ鱗石英 β鱗石英α方石英α鱗石英熔體