1、直拉法
直拉法是目前国内大面积使用较多的单晶硅制备技术,又称切克劳斯基法(Czoalsik: CZ 法)是1917年由切克斯基建立的一种晶体生长方法,现成为制备单晶硅的主要方法。利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出单晶的方法,又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片生产厂家大多采用这种技术。把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚,在硅单晶炉内熔化;然后用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔体表面,待籽晶与熔体熔和后,慢慢向上拉籽晶,晶体便在籽晶下端生长。 其基本原理如图所示。多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化,待温度合适后,经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤,完成一根单晶硅锭的拉制。炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生长成的单晶的质量,拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率,炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。CZ法是将硅料全部熔化后,由一点开始结晶,通常这样的提纯只能进行一次。
2、直拉法的优缺点
设备和工艺比较简单,容易实现自动控制;生产效率高,易于制备大直径单晶;容易控制单晶中杂质浓度,可以制备低阻单晶。
易被坩埚污染,硅单晶纯度降低,拉制的硅单晶电阻率大于50欧姆˙厘米,质量很难控制。
3、区熔法
悬浮区熔法比直拉法出现晚,由W˙G˙Pfann 1952年提出,P˙H˙keck等人1953年用来提纯半导体硅。悬浮区熔法是将多晶硅棒用卡具卡住上端,下端对准籽晶,高频电流通过线圈与多晶硅棒耦合,产生涡流,使多晶棒部分熔化,接好籽晶,自下而上使硅棒熔化和进行单晶生长,用此法制得的硅单晶叫区熔单晶。区熔法有水平区熔和悬浮区熔,前者主要用于锗提纯及生长锗单晶,硅单晶的生长则主要采用悬浮区熔法,生长过程中不使用坩埚,熔区悬浮于多晶硅棒和下方生长出的单晶之间,区熔法不使用坩埚,污染少,经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高,含氧量和含碳量低。高阻硅单晶一般用此法生长。 目前区熔单晶应用范围比较窄,不及直拉工艺成熟,单晶中一些结构缺陷没有解决。
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