【正文】 ...............13 熔硅過程中的異常情況及其處理 ............................. 13 硅跳 ..................................................... 13 突然停電及熔硅時未通水 ................................... 14 單晶爐常見故障 ............................................... 14 第四章 單晶爐熱場的研究和技術(shù)改進(jìn) ................................16 直 拉單晶爐的熱場 ..............................................16 直拉單晶爐熱場控制系統(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，我國光伏產(chǎn)業(yè)近年來也迅速騰飛。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。目前單晶硅制備的主要方法有直拉法與區(qū)熔法，而國內(nèi)大部分單晶硅都是采用直拉法制備的。 本論文詳細(xì)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(jìn)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(jìn)建議。 Monocrystalline。 Thermal field。從熔體中生長單晶所用直拉法和區(qū)熔法，是當(dāng)前生產(chǎn) 單晶硅 的主要方法。 懸浮區(qū)熔法是將多晶硅棒用卡具卡住往上端，下端對準(zhǔn)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(jìn)行單晶生長，用此方法制得的單晶硅叫區(qū)熔單晶。高阻單晶硅一般用此方法生長。 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(jìn)，成為現(xiàn)在制備單晶硅的主要方法。 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 2 直拉法設(shè)備和工藝比較簡單，容易實現(xiàn)自動控制；生產(chǎn)效率高，易于制備大直徑單晶；容易控制單晶中雜質(zhì)濃度，可以制備低阻單晶。厘米， 質(zhì)量很難控制。直拉仍是生產(chǎn)單晶硅的主要方法，它工藝成熟，便于控制晶體的外形和電學(xué)參數(shù)，容易拉制大直徑無位錯單晶 。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。 直拉法單晶硅生長的優(yōu)點 可以方便地 觀察晶體生長過程 。 可以方便地使用定向籽品和籽晶細(xì)頸 ，以減小晶體重點缺陷，得到所需取向的晶體。 提拉頭：只要由安裝盤 、 減速機(jī)籽晶腔劃線環(huán)電機(jī)磁流體籽晶稱重頭軟波紋管等其他部件組成。 爐蓋：副室連接法蘭，翻板閥，觀察窗真空管道組成。 下爐筒：包括抽真空管道。 坩堝下傳動裝置：主要由磁流體電機(jī)坩堝支撐軸減速機(jī)軟波紋管立柱上下傳動支撐架導(dǎo)軌等部件組成。 圖 直拉單晶爐設(shè)備 直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 4 圖 直拉單晶設(shè)備中的各類裝置 1） 電源 電壓： 3相 380V177。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。 2）氬氣源 氬氣應(yīng)使用純度 ≥ %的氬氣源，與設(shè)備連接部位應(yīng)采用專用接口，管道為不銹鋼材料。泵與主機(jī)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。機(jī)架由型材焊接而成，是爐子的支撐裝置。主爐室固定機(jī)架的上平面上，翻板閥連接在主室與副室之間，籽晶提升機(jī)構(gòu)安裝在副室上。 5）坩堝驅(qū)動裝置 坩堝軸為兩段組裝空心水冷結(jié)構(gòu)，在軸的下部設(shè)有一水套可以引入冷卻水。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。升降運動由直流伺服電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速器、齒形帶、諧波減速器減速之后，通過牙嵌式電磁離合器驅(qū)動絲桿，由螺母帶動 升降架升降。手動裝置通過一對斜齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，達(dá)到坩堝升降目的。 6）主爐室 主爐室由爐底、下 爐筒和爐蓋組成。爐底固定在機(jī)架上平面上，其中心控是坩堝軸的找正基準(zhǔn)，孔下端與坩堝驅(qū)動裝置用波紋管密封連接。電極桿也為空心水冷結(jié)構(gòu)。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。通過控徑儀支架可以調(diào)節(jié)控徑儀的位置和角度。翻板閥上設(shè)有一抽空口和一壓力變送器接口。翻板閥的閥桿和閥蓋均采用水冷結(jié)構(gòu)。副室上部的觀察窗用以觀察重錘及充氣環(huán)等處的情況。籽晶提升機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通 過楔形帶帶動旋轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)籽晶提升部件的整體旋轉(zhuǎn)。集電環(huán)用以提供籽晶提升機(jī)構(gòu)的電能以及傳遞電信號。籽晶慢速提升電機(jī)采用直流電機(jī)，閉環(huán)控制。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。副爐室和爐蓋升降用一個升降電機(jī)。主爐室有一套單獨的提升機(jī)構(gòu)，與副爐室升降機(jī)構(gòu)對稱置于立柱的兩面。主爐室旋開后，可以對路室內(nèi)進(jìn)行清理?；厮鄳?yīng)也有三路，各路水管通過軟膠管與主機(jī)相連。水冷系統(tǒng)的主管路上裝有水流開關(guān)、壓力表，可以檢測水壓大小，在進(jìn)水?dāng)嗔鲿r，水流開關(guān)給出報警信號。 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。主室真空系統(tǒng)包括滑閥泵、帶放氣真空電磁閥、除塵器、電動碟閥、壓力變送器等。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。保養(yǎng)主要有以下幾個方面 。 （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。 （四）機(jī)械泵定期更換泵油，保持泵的良好運行，減少泵的磨損。 直拉單晶爐維修主要有以下幾個方面。一般說來，籽晶軸和坩堝軸顫動主要原因有 以下幾條。（ 2）電機(jī)轉(zhuǎn)矩小。（ 4）傳動絲杠彎曲或部分螺紋有問題。 （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。單晶爐真空機(jī)組的閥門由于經(jīng)常開關(guān)磨損也容易引起漏真空。當(dāng)然，真空泵出故障，只需要修理真空泵就可以了。漏水和漏真空現(xiàn)象有些相似，一般情況泵 抽不到需要的真空度，有時漏水也能抽到需要的真空度，但加熱熔硅時真空度會突然下降。 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(xì)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(zhǔn)確檢查出漏水點。 (一 )裝爐前的準(zhǔn)備 在高純工作室內(nèi)，戴上清潔處理過的薄膜手套， 一般把坩堝放入經(jīng)過清潔處理的單晶爐后，再裝多晶硅。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。擦完后，把籽晶軸、坩堝軸升到較高位置 ，最后用高壓空氣吹洗保溫罩、加熱器、石墨托碗。 （二）裝爐 腐蝕好的籽晶裝入籽晶夾頭。否則，晶體生長方向會偏離要求晶向，也可能拉晶時籽晶脫落、發(fā)生事故。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。轉(zhuǎn)動坩堝軸，檢 查坩直拉單晶硅設(shè)備與工藝研究 9 堝是否放正，多晶硅塊放的是否牢固，一切正常后，坩堝降到熔硅位置。 一切 工作準(zhǔn)確無誤后，關(guān)好爐門，開動機(jī)械泵和低真空閥門抽真空，爐內(nèi)真空 5X101乇 時，打開