多晶硅铸锭石英坩埚和氮化硅涂层的研究_毕业设计(论文)（可编辑）

多晶硅铸锭石英坩埚和氮化硅涂层的研究_毕业设计(论文)（可编辑） 多晶硅铸锭石英坩埚和氮化硅涂层的研究 摘 要 在多晶硅生产工艺中作为多晶硅铸锭关键的辅助材料石英坩埚和氮化硅辅 材内的杂质含量不仅影响着多晶硅的少子寿命而且会影响着硅锭的脱模效果原 则上讲使用纯度越高的辅材其铸锭质量就越好但在实际生产中过高追求质量往 往会增大投入企业真正追求的是投入产出比本文主要研究不同辅材对铸造多晶 硅锭性能的影响一方面对铸锭辅材生产厂家的产品开发或产品升级具有一定的 指导意义另一方面提示多晶硅铸锭厂家应根据不同辅材开发不同的工艺有助于 生产高质量的多晶硅锭同时也降低了生产成本提高企业生产效益 本利用微波光电导衰减仪 μ-PCD 红外扫描仪 SIRM 等测试方法对铸造多 晶硅中的杂质以及少子寿命的分布特征进行了系统的研究Quartz Crucible and Silicon Nitride Coating for Casting Polycrystalline silicon ABSTRACT In the polysilicon production processas much crystal ingot casting key auxiliary materials quartz crucible and Si3N4the content of impurities not only affects the minority carrier lifetime of silicon ingotalso affects patterns effect of silicon ingotIn principlethe higher purity speak the complementary material usingthe better the quality of its silicon ingotsbut in actual production high quality tends to increase investment pursuitto enterprise the input-output ratioThis paper mainly studies different complementary material of casting polycrystalline silicon ingotson the one hand the influence on the performance of the bubble complementary material manufacturer in the product development or product upgrades has certain directive significanceon the other hand many crystal ingot casting factory should develop different technology according to different auxiliary materialshelps to manufacture high quality polycrystalline silicon ingot also reduces production cost improves production efficiency In this workthe shade of impurities in casting polycrystalline silicon as well as their impacts on the minority carrier lifetime in mc-si ingots have been systematically studied by means of Microwavephoto Conductive Decay μ-PCD Scanning Infrared Microscopy SIRM Study found that Si3N4 particle specific surface areagoing against the silicon ingots demoulding smoothlyUsing the quartz crucibles and the silicon nitride from the different manufacturerthe length of red zone at the bottom of the silicon ingots is different obviouslyThe minority carrier lifetime and the length of red zone at the top of the silicon ingots are also differenceIn producingaccording to the product quality and the manufacturing cost requirements for different manufacturer quartz crucible and nitrideit requires to optimize the smallest input-output ratio complementary material combinationto reduce manufacturing coststo enhance the competitiveness of enterprises which have very great helpful KEY WORDS casting crystallizationimpuritiessilica cruciblesilicon nitridethe minority carrier lifetime 目 录 第一章 绪论 1 ?11 引言 1 ?12 铸锭多晶硅的发展状况 1 ?13 多晶硅铸锭石英坩埚及氮化硅涂层 2 ?14 二氧化硅和氮化硅的组织结构及使用性能 3 ?141 二氧化硅 3 ?142 氮化硅 4 ?15 铸造多晶硅中主要杂质及影响 5 ?151 硅中的氧 5 ?152 硅中的碳 6 ?153 硅中的氮 6 ?154 硅中的过渡金属 6 ?16 本文研究的主要目的和内容 7 第二章 实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及过程 8 ?21 实验方案设计 8 ?22 实验过程 9 ?221 样品制备 9 ?222 样品检测 11 第三章 实验结果与分析 13 ?31 硅锭外观 13 ?32 少子寿命检测 14 ?33 IR检测 17 ?34 结果分析 18 结 论 22 参考文献 23 致 谢 25 ?11 引言本章主要多晶硅的发展状况铸造多晶硅的主要从铸造多晶硅的生产方法来还了铸造多晶硅中的主要杂质以及主要参数的测试方法最后了本文的主要研究内容及目的?12 铸锭多晶硅的发展状况 多晶硅铸锭作为多晶硅片的前道工序其工艺水平决定了多晶硅片的质量早期应用较为广泛的多晶硅锭生产技术为浇铸法后渐有其它技术包括热交换法 HEM 定向凝固法 DSS 和电磁铸造法 EMCP等[2]浇铸法的特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行由于熔化和结晶使用不同的坩埚硅锭二次污染较严重坩埚翻转机构及引锭机构也使得设备结构较复杂热交换法及布里奇曼法都是把熔化及凝固置于同一坩埚中液相温度梯度接近常数生长速度可以调节电磁铸造是一种无坩埚技术由于不使用坩埚避免了硅料和坩埚的接触污染以及坩埚损耗但电磁力的作用会导致多晶硅锭应力和位错密度的增加[3]在目前定向凝固是制备太阳能级多晶硅锭的主要方法即在凝固过程中控制液固界面的温度梯度实行可控的定向凝固形成多晶柱状晶定向凝固法铸造多晶硅以低成本高效率原料杂质容忍度高等特点逐渐占据了硅锭生产的主导地位[4] 用定向凝固法铸造多晶硅过程中多晶硅片加工环节在整个电池片制备过程中制造成本较高而且硅片质量的好坏直接影响着电池片的光电转换率而在多晶 硅片加工环节中坩埚喷涂流程又起着非常重要的作用所以本文需要介绍一下多晶硅铸锭所用的石英坩埚及氮化硅涂层 ?13 多晶硅铸锭石英坩埚及氮化硅涂层 在坩埚喷涂工艺中铸锭所用坩埚为石英坩埚所用涂层为氮化硅涂层 石英坩埚的材料基体为石英采用高级陶瓷生产工艺制造其晶相为晶体和玻璃体石英坩埚的主要化学成分[5] 二氧化硅 Silica Si02 990,Alumina A12O3 05,Caleia CaO 05,Si3N4SiSiO2?2SiO?2Si2O 其中的氧成为硅晶体的杂质同时Si3N4涂层使定向结晶后的硅锭和坩埚容易脱落[6] 坩埚作为硅料融化的容器不能有杂质掺进如果SiO2坩埚和Si直接接触会发生化学反应硅料放在里面容易被污染而且容易使硅锭破裂在硅的熔融和结晶过程中来自坩埚或涂层并扩散进入硅中的杂质能通过减少少数载流子寿命来降低硅的质量所以很有必要了解一下石英坩埚的主要成分二氧化硅和氮化硅的高温使用性能高温 ?14 二氧化硅和氮化硅的组织结构及使用性能 ?141 二氧化硅 自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种结晶二氧化硅因晶体结构不同分为石英鳞石英和方石英三种[]如图1-1 图1-1 石英晶体结构 SiO2中SiO键的键能很高熔点沸点较高熔点1670鳞石英1710?方石英沸点2230 密度265,266gcm3不溶于水微溶于酸微粒时能与熔融和碱类起作用[] 石英坩埚的主要化学成分是二氧化硅它是太阳能多晶硅铸锭过程中用来装载多晶硅原料在1550?的高温下使之熔化结晶生产出多晶硅硅锭的容器是多晶硅生产中不可替代的关键消耗性部件[9] 石英坩埚的主要特点及要求有第一纯度要求高不能污染硅料石英陶瓷坩埚要装载Si含量999999的高纯硅料必须保证足够高的纯度并严格控制微量元素等杂质含量其微量杂质不能对多晶硅的转化效率带来不利影响第二热震稳定性好内部无缺陷高温性能好在使用过程中绝对不能产生炸裂和漏料现象第三由于使用要求极其苛刻生产技术难度大第四一次性使用消耗量大[10] 由于石英陶瓷坩埚的生产技术难度大原料纯度要求高使用环境苛刻目前只有法国维苏威美国赛瑞丹和日本东芝陶瓷3个国外公司可以大规模生产采用的都是传统的注浆成型工艺技术严格保密鲜有文献公开报道在国内中材高新材料股份有限公司暨江西中材太阳能新材料有限公司采用自主开发的石英陶瓷注凝成型技术并开发成功了石英陶瓷坩埚填补了国内空白打破了国外技术和产品的垄断使我国成为世界上继法国美国和日本之后第4个采用自主知识产权技术生产该产品的国家目前已形成了年产3万只坩埚的生产能力生产的石英陶瓷坩埚性能和使用效果均达到国际先进水平[5] ?142 氮化硅 氮化硅从晶体结构来讲可以分为晶体氮化硅和无定型氮化硅晶体氮化硅具有 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的空间排列而无定型氮化硅则不然 图1-2 Si3N4晶体中AB层面 αSi3N4 和CD层面原子结构 βSi3N4 晶体氮化硅有两种同素异构体即α-Si3N4和β-Si3N4 如图-2 他们都是六方对称晶体结构从热力学角度分析β-Si3N4的化学势能比α-Si3N4低在 1650?,1800?α-Si3N4可以发生同素异构转变为β-Si3N4[11] 氮化硅耐高温性能和化学稳定性好致密性好是强共价键化合物其自扩散系数低抗杂质扩散和防水汽渗透能力强同时具有良好的抗氧化抗腐蚀和耐摩擦等性能并且不与熔融Si发生反应非常符合提纯多晶硅过程中坩埚涂层的要求但是为涂层要求氮化硅与熔融Si要具有优异的可脱离性和优异的抗侵蚀性同时要求氮化硅涂层粉的纯度高金属离子杂质含量,10ppmSi熔液不粘连α相含量高,95[12] 由于氮化硅微粉用于太阳能多晶硅铸锭涂层使用对纯度及其它性能要求相当严格能够生产的厂家很少主要厂家有日本UBE公司采用的是硅亚胺分解法目前基本占据市场垄断地位德国HCStarck公司采用硅粉氮化法其α相含量略低据说高温下与硅熔液有粘连现象国内某些公司采用气相反应法存在粒度偏细且Cl-偏高的问题Cl-在氮化硅热压过程中会缓慢使α-Si3N4到β-Si3N4的相变在烧结过程中会使氮化硅微粉和氧的反应性增加从而使Si3N4烧结体中氧含量增加但氧在高温过程中与硅熔融液反应从而影响多晶硅的转化效率[13] 本节介绍了氮化硅和二氧化硅的组织结构及使用性能二者的组织结构对熔硅坩埚和涂层之间的界面反应有着直接的影响而杂质是通过这些界面扩散进入硅熔体内部从而降低硅的少子寿命 在多晶硅铸造过程中杂质的一个主要来源是熔炼中使用的石英坩埚同时坩埚与多晶硅之间的反应粘连渗透和扩散也会在硅锭脱模中引起问题使得多晶硅铸锭有断裂或破裂的危险而且来自坩埚或涂层并扩散进入硅中的杂质能通过减少少数载流子寿命来降低硅的质量下一节就来介绍一下在铸造多晶硅中影响硅锭质量的主要杂质 ?15 铸造多晶硅中主要杂质及影响 在多晶硅的生长过程中原料中存在的及外界石英坩埚氮化硅涂层侵入的杂质元素也随着凝固过程以不同的形式分布在硅锭中它们与硅中的各种缺陷交互作用而成为许多载流子的复合中心 严重影响着多晶硅的各项性能通常铸造多晶硅中含有高浓度的氧碳氮及过渡族元素等[14] ?151 硅中的氧硅中氧浓度一般在1017-1018cm3数量级以间隙态存在于硅晶格中氧是在晶体生长过程中被引入的[]在随后的工艺过程中过饱和的氧会在硅晶体中偏聚和沉淀形成了氧施主氧沉淀及二次缺陷这些缺陷对材料的电学性能以及机械性能都有影响 铸造多晶硅中氧主要来自石英坩埚液态硅在高温下严重侵蚀石英坩埚其反应方程式为SiSiO2?2SiO 部分SiO从表面挥发部分SiO则在熔硅中分解其反应方程式为 SiO?SiO分解的氧便引入熔体中最终引入硅晶体?152 硅中的碳碳作为铸造多晶硅中的另外一种杂质当碳的浓度超过其溶解度很多时就会有SiC沉淀生成诱生缺陷导致材料的电学性能变差石英坩埚与石墨加热件的反应式是 CSiO2?SiOCO 反应生成的CO气体大都进入硅熔体从而和熔硅反应其反应式为 COSi?SiOC 和熔硅反映后的杂质进入硅熔体中从而和熔硅反应和熔硅反映后的杂质进入硅熔体中最终进入硅晶体碳在硅中的分凝系数只有007[]因此在定向凝固时碳将聚集在硅锭的顶部?153 硅中的氮氮在硅中的不是一种重要杂质?154 硅中的过金属硅中过金属杂质对器件的影响很大它对硅中少数载流子有较大的俘 获截面从而导致少子寿命大幅度降低不同的金属原子对少子有不同的俘获截面金属杂质浓度越高其影响越大硅中的过金属很多有铁钴铜镍等而我们研究最多的是铁而铁在硅中的分凝系数大约为5×10-67×10-6[13]间隙铁浓度沿硅锭的分布特征为底部和顶部浓度较高中间部分浓度较低且分布较为均匀[]铁由于具有较大的固相扩散系数和扩散速度因而坩埚以及氮化硅保护层中所包含的金属杂质则成为硅锭底部铁的主要来源另一方面铁的分凝系数较小在结晶的过程中铁原子不断地向硅锭顶部聚集从而也导致顶部铁浓度较高因而铁在硅锭中不同位置处的浓度分布主要由冷却后的固相扩散以及铁在熔体中的分凝决定?16 本文研究的目的?21 实验方案设计 本实验的全部过程都是在阿特斯光伏电力洛阳有限公司做的实验期间所用的设备及样品完全由阿特斯提供的本次实验是生产性实验从原料开始到最后样品检测都严格按生产 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 进行本实验先从原料检验开始到铸锭剖方取方棒观察硅锭外观质量然后进行少子寿命测试IR阴影测试等 在本实验过程中首先选用性能稳定的美国GT-DSS450多晶炉 a 坩埚类型 氮化硅 甲 乙 丙 丁 A 甲A组合硅锭 乙A组合硅锭 丙A组合硅锭 丁A组合硅锭 表2-1 实验设计方案 b 氮化硅 坩埚类型 A B C 丁 丁A组合硅锭 丁B组合硅锭 丁C组合硅锭 在坩埚喷涂流程中坩埚烧结 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 和装料顺序完全相同在美国的GT-DSS450多晶炉中依次进行铸锭铸锭时都采用相同的配方依次铸出六埚硅锭然后剖方取相同部位的硅棒试样在相同的性能测试仪上进行性能测试得出实验结果最后进 行结果分析来确定多晶硅锭最佳的投入产出比辅化组合 ?22 实验过程 ?221 样品制备 样品制备流程为检料?多晶硅铸锭?剖方每个步骤都有一定的操作规程在样品制备时严格控制可能引入杂质的步骤以减少外来杂质的影响虽然所用原料全为免洗原生多晶硅料但难免会有一些料不合格检料的目的主要是检出一些有明显缺陷的料另一方面检料还要把大小料分开装以方便往坩埚里装料多晶硅铸锭过程?坩埚烧结?装料?铸锭?脱模 坩埚喷涂GT-450多晶硅铸锭炉铸出六块硅锭 图-1 坩埚喷涂台图-2 坩埚喷枪设备坩埚喷涂作业流程为检查坩埚?坩埚预热?配制氮化硅粉?加热纯水?搅拌氮化硅液体?喷涂作业检查坩埚主要看有没有明显的裂纹变形等预热坩埚是为了使坩埚温度和喷涂温度保持相当一定的温度有利于水分的蒸发使Si3N4粉和坩埚结合更紧密坩埚预热到45?50?Si3N4粉和纯水的比例为450g1800ml坩埚烧结坩埚烧结作业流程检查坩埚涂层?摆放坩埚?检查程序?启动烧结坩埚烧结前检查坩埚喷涂质量看坩埚是否有脱粉鼓泡裂纹等质量合格才可以烧结坩埚烧结采用德国坩埚烧结炉 图-3 坩埚烧结炉1装料装料流程为硅料核计?检查坩埚涂层?装料?装石墨护板?紧固护板装料时应注意坩埚底部不能直接放置大块有棱角的硅料这样容易刺穿氮化硅涂层倒料时不能直接倒进坩埚要用手接住然后再按规定摆开坩埚底部和边缘不能放置排列紧密的块状硅料因为受热后很可能膨胀而撑破坩埚大块的料要放在上面并且注意不能高出坩埚太高以免发生溢流 铸锭铸锭流程为开炉准备?装炉?抽空自检?铸锭运行?拆炉取锭我们所 用的炉子为美国的GT-DSS450多晶炉?化料?长晶?退火?冷却整个过程大概需要64个小时?222 样品检测 一少子寿命检测 少子寿命的检测所用的方法是微波光电导衰减法-PCD Microwave Photoconductivity Decay 子寿命检测仪型号是WT-2000-PCD的原理是微波探测器探测发射和反射的微波谱低注入水平下[21]其原理图如图2-4 红外脉冲激光源设为905nm微波源和信号接收10?05GHz然后把样品放入少子寿命测试仪里关上仪器盖就可以开始测量了 图-4 μ-PCD工作原理图 二IR阴影检测IR阴影测试选用的是GT-solar美国的红外成像仪纯硅的禁带宽度是08e这正好可以使一部分红外光线完全通过如果硅中含有其他杂质则会在图像上出现阴影做该项测试时也要保证样品表面清洁否则会影 响测试结果GT红外成像仪图-5 图-5 GT红外成像仪 第三章 实验结果与分析 ?31 硅锭外观 根据表2-1所示六种组合铸出的六埚硅锭甲A丁C组合硅锭脱模后的外观图如图3-1所示 图3-1 甲A丁C组合硅锭脱模后外观甲A组合硅锭 b乙A组合硅锭 c丙A组合硅锭d丁A组合硅锭e丁B组合硅锭 f丁C组合硅锭 以上六种硅锭是通过不同组合的坩埚和氮化硅铸出的硅锭这六种硅锭的前期处理和熔炼条件均相同通过观察这六种硅锭都没有出现粘锅的现象都顺利脱模但是丁C组合硅锭的外壁存在一层白色的氮化硅涂层顶部有硅块脱落并且有些宏观裂纹存在乙A组合硅锭的外壁也存在一层白色的氮化硅涂层但没有硅块脱落和裂纹存在甲A组合硅锭和丁B组合硅锭同样存在一层白色的氮化硅涂层但面积很小也没有硅块脱落和裂纹存在丙A组合硅锭和丁A组合硅锭没有明显的氮化硅涂层也没有也没有硅块脱落和裂纹存在脱模相当完整根据阿特斯公司的企业标准甲A丁B组合硅锭属于A级而丁C组合硅锭属于B级 由图3-1看出丙A组合硅锭和丁A组合硅锭的外观最好丁C组合硅锭的外观最差也就是说在使用相同的氮化硅A和不同坩埚的情况下石英坩埚丙和丁的使用效果最好石英坩埚甲和乙使用效果没有丙和丁的好但都符合企业标准而在使用相同的石英坩埚丁和不同氮化硅的情况下氮化硅C的使用效果最差氮化硅A和B的使用效果都比C的好由阿特斯公司内部对硅锭外观制定标准得知甲A丁B组合硅锭属于A级而丁C组合硅锭属于B级 ?32 少子寿命检测 为了更好的说明硅锭的质量实验制取的甲A丁C组合硅锭取了一般质量最好 的E13棒做对比实验甲A丁C组合硅锭中E13棒的少子寿命图如图3-2所示甲A丁C组合硅锭中E13棒平均少子寿命和硅锭底部红区长度涂层中杂质对硅锭的影响主要在硅锭底部如表3-1所示 表3-1 多晶硅锭的平均少子寿命和底部红区长度 硅锭 检测项目 甲A组合硅锭 乙A组合硅锭 丙A组合硅锭 丁A组合硅锭 丁B组合硅锭 丁C组合硅锭 少子寿命μs 60107 60825 57758 60913 58375 57865 红区长度mm 3351 3245 3108 2904 3236 3656 图-2 多晶硅锭的少子寿命图 a 甲A组合硅锭 b 乙A组合硅锭c 丁A组合硅锭d 丁C组合硅锭少子寿命小于2μs的区域为不合格区域μs60913μs丁A组合硅锭的红区长度为2904 mm丙A组合硅锭和丁C组合硅锭的少子寿命最小丁C组合硅锭的红区长度最长如图3-2-d图丙A组合硅锭和丁C组合硅锭的少子寿命分别为57758μs57865μs丁C组合硅锭的红区长度为3656mm 综上所述乙A组合硅锭和丁A组合硅锭的少子寿命最大丙A组合硅锭和丁C组合硅锭的少子寿命最小丁A组合硅锭的红区长度最短丁C组合硅锭的红区长度最长也就是说在使用相同的氮化硅A和不同坩埚的情况下石英坩埚乙和丁的使用效果最好石英坩埚甲和乙使用效果没有丙和丁好但都符合企业标准而在使用相同的石英坩埚丁和不同氮化硅的情况下氮化硅C的使用效果最差氮化硅A和B的使用效果都比C好 图3-3 各硅锭E13棒的平均少子寿命 图3-4 各硅锭E13棒的红区长度 ?33 IR检测 在IR阴影的时候同样是取每种硅锭的E13棒每个棒取一个图片甲A丁C组合硅锭的IR阴影测试图如图3-5所示 从图3-5的6张阴影图对比可以看出甲A丁B组合硅锭均无杂质阴影也没有裂纹出现丁C组合硅锭的顶部有杂质阴影黑色斑点也有裂纹而且通过测量得出丁C组合硅锭的E13棒顶部的杂质长度为60mm顶部的裂纹长度为50mm 图3-5 多晶硅锭的IR阴影测试照片 a 甲A组合硅锭d 丁A组合硅锭 e 丁B组合硅锭 f 丁C?34 结果分析 一般来讲评估氮化硅使用效果主要从以下几方面进行 1脱模的完整性包括硅锭有无宏观缺陷裂纹崩边掉块等氮化硅与石英坩埚内壁的结合情况是否有涂层脱落现象IR测试中有杂质阴影 2硅锭底部红区长度该指标主要考核氮化硅涂层的杂质隔离效果隔离效果越好红区越短 评估石英坩埚使用效果主要从以下几方面进行 1硅锭的完整性裂纹崩边掉块等 2硅锭底部红区长度 在硅锭的外壁表面有一层白色的氮化硅涂层这与氮化硅颗粒的大小有关氮化硅颗粒分布不均匀比表面积较大表面能较高导致了硅锭脱模后硅锭外壁上有一层氮化硅涂层 由表2-1知丁A组合硅锭所使用的涂层材料是氮化硅A该氮化硅粉颗粒分布均匀比表面积也不大为99m2cm3所以该硅锭的外观较好没有明显的氮化硅涂层也没有也没有硅块脱落和裂纹存在脱模相当完整丁B组合硅锭所使用的涂层材 料氮化硅B此氮化硅粉的颗粒分布不太均匀但是比表面积最小为372m2cm3因此 此硅锭的外表面只有一小面积的涂层存在丁C组合硅锭所使用的涂层是氮化硅C 相对其他的氮化硅此氮化硅的比表面积较大为128m2cm3粒径分布不均匀所以丁 C组合硅锭的外壁存在一层白色的氮化硅涂层顶部有硅块脱落并且有些宏观裂 纹存在这导致了此种氮化硅的使用效果没有其他的好 本实验所用各个厂家的石英坩埚和氮化硅的主要理化性能指标如表3-2和 表3-3所示 表3-2 石英坩埚的主要理化性能指标 检测项 石英坩埚甲 石英坩埚乙 石英坩埚丙 石英坩埚丁 SiO2 998 9989 999 999 Fe ppm 29 100 15 100 Ca ppm 58 100 50 35 Ti ppm 11 100 10 65 Al ppm 1500 1000 450 550 Mg ppm 14 30 30 12 K ppm 19 30 18 35 Na ppm 26 40 35 10 密度 gcm3 189-196 196 178 195 导热系数 064-172 064-173 06-17 062-171 结晶度 1 1 1 1 气 孔率 11 11 15 11 表3-3 氮化硅的主要理化性能指标 检测项 氮化硅B 氮化硅A 氮化硅C N 389 ,38 388 C 015 011 01 O 09 06 14 Cl \ 55 \ Fe 8 3 10 Ca 4 1 10 Al 4 2 10 α-Si3N4 \ \ 9210 比 表面积m2cm3 372 99 128 D10 μm 549 266 15 D50 μm 215 113 06 D90 μm 073 05 03 表3-4 各种杂质在Si中的平衡分凝系数 元素 在Si中的平衡分凝系数 硼 B 08 铝 Al 2×10-3 镓 Ga 8×10-5 磷 P 035 砷 As 03 铁 Fe 5×10-66×10-6 氧 O 125 铜 Cu 4×10-4 碳 C 007 金 Au 25×10-5 锑 Sb 004 通常杂质在铸造多晶硅硅锭中的分布与该杂质在硅中的分凝系数K有关在铸造多晶硅锭料由底部向顶部逐渐凝固时如果杂质的分凝系数K 1则凝固过程中固相中的杂质不断地被带到熔体中出现杂质向底部集中越接近底部浓度越大相反如果分凝系数K 1则杂质集中在顶部越接近顶部浓度越大常见的几种杂质在Si中的平衡分凝系数如表3-4所示 影响硅锭少子寿命的主要因素是氧铁等主要的杂质元素而在第一章中提到的碳元素的杂质主要来源于多晶原料生长炉内气氛石墨坩埚的沾渗与石墨加热元件的热化学反应等本实验研究的是石英坩埚和氮化硅对硅锭质量的影响所以不考虑碳这种杂质元素的影响 由于本实验使用石英坩埚作为熔炼过程的载体因此在晶体生长过程中氧通常由于高温下熔硅和石英坩埚的反应被引入多晶硅中由于硅锭的底部及边缘处与坩埚接触所以硅锭底部及边缘处氧浓度会比头部和中间部位处氧浓度要高另一方面O元素在Si中的平衡分凝系数大约在125左右大于1所以根据分凝规律氧浓度从硅锭底部逐渐向头部递减在实验所用的三种氮化硅中的杂质都含有氧元素并且氮化硅C中杂质氧的含量较高占14这就导致了在硅锭的底部存在大量的氧杂质是硅锭底部的少子寿命较小底部红曲长度较长 实验所用的石英坩埚和氮化硅中主要杂质除了CO外其它的主要为金属元素如FeCaAlMg等其中Fe被认为铸造多晶硅中最常见的有害杂质之一而CaAlMg等 杂质元素对多晶硅硅锭质量的影响较小本文不再进一步的研究铁在硅中的分凝 系数大约为5×10-67×10-6铁浓度沿硅锭的分布特征为底部和顶部浓度较高中 间部分浓度较低且分布较为均匀200712 3 14,席珍强杨德仁陈君铸造多晶硅的 研究进展材料导报200115 2 67,69GSelvadurayL sheetAluminum nitrdereview of synthsis methods[J] MaterSciTech199311 6 463,465,杨德仁太阳电池材 料北京化学工业出版社2007501,550J]许昌学院报200611 5 96,98J]半导体学 报199819 12 101,105邓海杨德仁唐骏等铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响 J]太阳能学报2007 2 151,154 Green M A(Photovolatic principles[J](Materials Science in Semiconductor Processing20021411, 17RKvandeLArnbergCMartinEffect of Crucible Purity and Interface Characteristics on Multicrystalline Silicon Ingot Quality[J]the 21th European Photovoltaic Solar EnergyConferenceDresden200610521056 [15] 杨德仁太阳能电池用多晶硅材料的现状和发展[J]中国建设动态阳光 能源 200710 1 36,杨德仁半导体材料测试与分析北京科学出版社201021,28 陈治明半导体概论北京电子工业出版社200856,100RancoulGllbert Crucible for the treatment of molten silicon[J]Journal of Crystal Growth200710 8 56,78唐骏铸造多晶硅中的原生杂质J]太阳能学报200598 6 68, 70TBitnerStudies of selected feedstock impurities on properties of multicrystalline silicon ingots[J]Proceeding of Microwave Photoconductivity Decay μ-PCDFrance2000 97 50,52 本论文是在和李飞龙 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师的细心指导下完成的从论文的选题研究实验到 论文每份进展都凝聚着导师的心血在此向导师们表示衷心感谢他们严谨的科学 态度为我树立了学习的榜样并将成为激励我在以后的学习工作中进行探索进取的动力本次实验得到阿特斯光伏电力洛阳有限公司在技术及实践操作方面的大力支持同时也得到了对本研究的极大重视让本研究工作在一个优越的环境下进行在实验期间阿特斯的员工给了我很多帮助特别是李工的认真负责的态度让我学会了很多生产上的知识同时学习怎样把书本上的知识用到实际当中无论是在实验的进行过程还是在论文的撰写过程中都倾注了李工大量的心血在此对他们表示深深的感谢在实验的过程提出了很多宝贵意见实验还得到了同学的热情帮助在生活上给予我的帮助感谢他们热情无私帮助同时对所有支持和帮助我的老师同学表示深深的谢意希望我的努力和成绩能给予他们最好的回报 河南科技大学毕业设计 论文 多晶硅铸锭石英坩埚和氮化硅涂层的研究 I 河南科技大学毕业设计 论文 870? 1470? 1723? β-石英 α-石英 ? 160? 268? 160? 117? α-鳞石英 α-石英 β-鳞石英 β-石英 γ-鳞石英 β- γ-鳞石英 β-鳞石英 α-方石英 α-鳞石英 熔体