实习报告3.doc

大学的时光飞逝，一转眼间我已成了大四生，又到了人生的十字路口上，就业和读研的选择题又摆在了眼前，迷茫是肯定的。学校给我们提供了一个了解我们未来职业的机会，实习不仅仅让我们了解了我们未来所从事的工作，还让我们初步了解了我们即将步入的社会，这对我们在这十字路口迈出关键一步提供了一定的帮助，对我们可能选择的就业提供了一定的指导意义。实习目的：实习是对我们三年来所学知识的实践，工学并举一直都是我校的传统，学以致用，以实践促进学习一直以来都是我校的办学宗旨。通过实习，可以使我们在实践中接触与本专业相关的一些实际工作，培养和锻炼我们综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识，去独立分析和解决实际问题的能力，把理论和实践结合起来，提高我们的实际动手能力，为将来我们毕业后走上工作岗位打下一定的基础。我们这一次去了四个实习单位，分别为：保定的光为，北京的京运通，天津的环欧和兆亿。10月11日 保定光为之行光为简介：光为致力于光伏产业的科研开发，致力于建设一个更美好的世界。光为绿色新能源有限公司是隆基泰和实业有限公司为建设新能源项目而出资成立的全资子公司。该项目是列入河北省重点支持建设的项目之一，它位于保定高碑店市，京深高速公路以东，高固公路北侧的新工业园区内。交通便利，地理位置优越。光为绿色新能源有限公司的成立得到了政府及各界领导的热心关注和大力支持，现落实土地500余亩，施工队已进厂建设，预计建设周期为一年。前期建设规模为100mw/年多晶硅太阳能电池组件，产品规格为1w350w，其中以160w220w的产品为主，总投资估算为91824万元，其中建设投资82525万元。第一期建设为50mw/年多晶硅太阳能电池组件，本项目总投资估算为49449.28万元，其中建设投资42568.2万元,需购买设备127台(套)，其中引进设备39台，投资额为3413.9万美元，国产设备61台，投资额为1588.85万元。在技术方面，光为绿色新能源有限公司与北方最大一家同行企业签定了技术有偿服务合同，由其托管1-2年，并提供交钥匙生产线的全套进口设备及配套国产设备的选型总包方案、提供完整的生产工艺、提供各环节的培训服务并负责提供所需主要原材料、辅助材料和产品的销售。太阳能光伏发电符合国家节能环保的要求，系朝阳产业，具有广阔的发展前景，具有安全可靠、无噪音、无污染、能量随处可见、不受地域限制、无需消耗燃料、无机械转动部件、设备故障率低、维护简便、可无人看护、建站周期短、规模大小随意、无需架设输电线路、可以方便的与建筑物相结合的特点。我们相信光为绿色新能源有限公司的建立必将有力地促进当地经济的建设和良好发展，并将对社会产生积极的影响。我们受到了热情的招待，设计总监金浩详细的给我们讲述了太阳能电池的生产过程、现状和未来的发展前景。太阳能电池现状：目前，在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂，它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。 而推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年日本实施补助奖励办法，推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年，政府补助49%的经费，以后的补助再逐年递减。“市电并联型太阳光电能系统”是在日照充足的时候，由太阳能电池提供电能给自家的负载用，若有多余的电力则另行储存。当发电量不足或者不发电的时候，所需要的电力再由电力公司提供。 到了1996年，日本有2,600户装置太阳能发电系统，装设总容量已经有8百万瓦特。一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了32百万瓦特。近年来由于环保意识的高涨和政府补助金的制度，预估日本住家用太阳能电池的需求量，也会急速增加。 在中国，太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月，财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。太阳能电池的原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。现阶段以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。全球太阳能电池产业现状据dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达100 光伏发电0兆瓦,1999年达 2850兆瓦。根据欧洲光伏工业协会epia2008年的预测，如果按照2007年全球装机容量为2.4gw来计算，2010年全球的年装机容量将达到6.9gw,2020年和2030年将分别达到56gw和281gw，2010年全球累计装机容量为25.4gw，预计2020年达到278gw，2030年达到1864gw。全球太阳能电池产量以年均复合增长率47%的速度迅猛增长，2008年产量达到6.9gw。 目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划, 日本推出的是阳光计划。nrel光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容，该计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、pvmat、光伏组件以及系统性能 太阳能电池汽车和工程、 光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。 美国还推出了太阳能路灯计划,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电,根据计划,每盏路灯每年可节电 800 度。日本也正在实施太阳能7万套工程计划， 日本准备普及的太阳能住宅发电系统,主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备,家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的尤里卡高科技计划，推出了10万套工程计划。 这些以普及应用光电池为主要内容的太阳能工程计划是目前推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一。 日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家最近决定携手合作,在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站,他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来,为30万用户提供100万千瓦的电能。计划将从2001年开始，花4年时间完成。 目前,美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。 美国拥有世界上最大的光伏发电厂,其功率为7mw,日本也建成了发电功率达1mw的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备,以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。 20世纪90年代以来,全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展。据dataquest发布的最新统计和预测报告显示,美国、日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方面的总投资, 1998年达570亿美元;1999年646亿美元;2000年700亿美元;2001年将达820亿美元;2002年有望突破1000亿美元。我国太阳能电池产业现状我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委光明工程将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用，计划到2015年全国太阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦。 我国已成为全球光伏产品最大制造国，我国即将出台的新能源振兴规划，我国光伏发电的装机容量规划为2020年达到20gw，是原来可再生能源中长期规划中1.8gw的10多倍。 2002年，国家有关部委启动了西部省区无电乡通电计划，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的 多晶硅太阳能电池用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。据专家预测,目前我国光伏市场需求量为每年5mw,20012010年,年需求量将达10mw,从2011年开始,我国光伏市场年需求量将大于20mw。 目前国内太阳能硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地和四川峨眉半导体材料厂等厂商，其中河北宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25%左右。 在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的企业主要有宏威集团、无锡尚德、海润光伏、南京中电、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、苏州阿特斯、常州天合、拓日新能、云南天达光伏科技、宁波太阳能电源、京瓷（天津）太阳能等公司，总计年产能在800mw以上。 2009年，国务院根据工信提供的报告指出多晶硅产能过剩，实际业界人并不认可，科技部已经表态，多晶硅产能并不过剩。太阳能电池及太阳能发电前景简析目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kw电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。 但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。简介完后就带我们参观了产区。厂区环境优美，绿树成荫，仿佛是大学校园；车间干净整洁，生产有序进行，给我留下了深刻的印象。参观了太阳能电池的生产过程，知道了一片小小的太阳能电池要经过如下复杂的工艺流程才能值得。生产流程如下：一、 硅片检测硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命（10us）、电阻率、p/n型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。二、 表面制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约2025m，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。 三、扩散制结太阳能电池需要一个大面积的pn结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池pn结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把p型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850-900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了n型半导体和p型半导体的交界面，也就是pn结。这种方法制出的pn结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造pn结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是pn结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。 四、去磷硅玻璃该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，pocl3与o2反应生成p2o5淀积在硅片表面。p2o5与si反应又生成sio2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的sio2，称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。 五、等离子刻蚀由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。pn结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到pn结的背面，而造成短路。因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的pn结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体cf4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达sio2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。 六、镀减反射膜抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用pecvd设备制备减反射膜。pecvd即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体sih4和nh3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。 七、丝网印刷太阳电池经过制绒、扩散及pecvd等工序后，已经制成pn结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程。 八、快速烧结经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。此次的参观让我开了眼界，看到了书本上一学的却只能存在想象中知识，让我更深刻地了解了太阳能电池的生产过程、现状、未来前景，并了解了我们未来工作的内容和过程，收获很丰富，对我们未来的择业很有帮助。10月12日京运通之行 京运通系由北京京运通科技有限公司整体变更设立的股份有限公司，发起人是北京京运通达投资有限公司、韩丽芬、范朝杰、冯焕平、张文慧、张志新和朱仁德。京运通于2008年10月31日在北京市工商局办理了工商变更登记手续，企业法人营业执照注册号为110102004252758。自设立以来，京运通一直坚持以光伏设备制造业务为核心，主导产品包括单晶硅生长炉和多晶硅铸锭炉等。随着光伏设备的技术升级，尤其是新产品的逐渐推出，京运通开始进行产业链垂直整合，发展了晶体硅生长和晶片业务，产品包括硅棒、硅锭和硅片，从而实现装备制造技术与晶体生长、加工工艺的结合，有利于公司在实践中不断摸索并改进设备性能，同时满足客户培训的需要。目前，京运通已经形成了光伏设备制造业务与晶体硅生长和晶片业务互补发展的业务格局。2003年以来，京运通自主研发成功并对外销售单晶硅生长炉，在国内单晶硅生长炉市场保有率一直保持第一。2008年以来，京运通自主研发成功并对外销售多晶硅铸锭炉，性能已达国际先进水平，在国内多晶硅铸锭炉市场保有率仅次于美国gt公司，居于国内厂商之首。到了之后，我们一次参观了单晶硅生长炉、多晶硅铸锭炉，那么多的机器在我的眼前，让我知道了生产硅棒的炉子内部构造如此的精细，自动化程度如此之高，令我没有想到，让我进一步感叹我国现代工业发展如此之快。11月13日环欧之行公司简介：天津市环欧半导体材料技术有限公司从事半导体材料硅单晶、硅片的生产企业，拥有50年的生产历史和专业经验，形成了以直拉硅单晶、区熔硅单晶、直拉硅片、区熔硅片为主的四大产品系列，是中国硅单晶品种最齐全的厂家之一，是天津市高新技术企业。 公司以严实、认真的商业精神长期致力于服务公司产品的各类客户。全球化的今天，天津环欧公司已逐渐从本土化公司成长为一个国际化的公司，我们的目标就是成为对客户、对社会和员工负责的富于商业进取精神的国际化公司。 天津市环欧半导体材料技术有限公司于2002年生产出国内首颗6寸区熔硅单晶，标志着我国区熔硅单晶的生产技术达到国际先进水平；2003年国内首家用线切割技术替代内圆切割技术，同年生产出气相掺杂区熔硅单晶，达到国际先进水平，填补国内空白；2007年进行酸腐片的研制，填补国内空白；2008年进行8寸区熔硅单晶和12寸直拉硅单晶研制，达到国际先进水平。为满足市场对大功率电力电子器件的需求，环欧公司购置了先进的fz-30区熔炉、cg6000直拉炉、kayes150直拉炉、多线切片机、全自动硅片清洗机、全自动硅片检测仪器等先进设备，建立我我国大直径区熔硅单晶产业化基地。目前环欧公司的直拉和区熔硅单晶年生产能力已分别突破150吨和75吨。2008年主营业务收入6.7亿元，利润总额1.5亿元。天津环欧半导体材料技术有限公司以精益求精的精神和严谨的工作为客户提供优质的产品和服务，其中，我公司供18所的太阳能电池用硅片成功应用于我国“神舟号”系列载人飞船等各类航天飞船的电源系统上。环欧公司具有较强的产品研发能力和技术创新能力，开发了多项具有自主知识产权的特色产品，“直拉区熔硅单晶的研制”获国家知识产权局颁发的生产发明专利证书，并获天津市专利金奖，“气相掺杂区熔硅单晶的生产方法”等12项具有自主知识产权的项目，已通过国家知识产权局“发明专利申请初步审核”。自2002年至今先后承担天津市科委重点科技攻关项目、信息产业部电子基金项目、国家发改委高新技术产业化示范工程项目、天津市科委“市长基金”项目等，2006年?2007年连续两年获中国半导体创新产品。公司的职员向我们介绍了单晶硅的现状、单晶硅现状日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭 和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅 生产进入了新的发展时期。 l9 a2 q9 p% k6 b& t+ l% a% m& k 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨7000吨。未来几年中，世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势。: : w+ b) w0 j1 ? o/ r+ f4 v* q: d1 + y7 f 单晶硅产品向300mm过渡，大直径化趋势明显：8 u- j% * y v4 y6 g) f- x/ o. f5 o4 u% c1 ?. m3 h 随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。目前，硅片主流产品是 200mm，逐渐向300mm过渡，研制水平达到400mm450mm。据统计，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余 占20%左右。根据最新的国际半导体技术指南（itrs），300mm硅片之后下一代产品的直径为450mm；450mm硅片是未来22纳米线宽 64g集成电路的衬底材料，将直接影响计算机的速度、成本，并决定计算机中央处理单元的集成度。4 |4 q* i, s; h gartner发布的对硅片需求的5年预测表明，全球300mm硅片将从2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韩等国家都已经在 1999年开始逐步扩大300mm硅片产量。据不完全统计，全球目前已建、在建和计划建的300mm硅器件生产线约有40余条，主要分布在美国和我国台湾 等，仅我国台湾就有20多条生产线，其次是日、韩、新及欧洲。4 y- o) e: # 9 o3 q 世界半导体设备及材料协会（semi）的调查显示，2004年和2005年，在所有的硅片生产设备中，投资在300mm生产线上的比例将分别为55%和 62%，投资额也分别达到130.3亿美元和184.1亿美元，发展十分迅猛。而在1996年时，这一比重还仅仅是零, n4 s8 c. r* y3 e* g# o f2、硅材料工业发展日趋国际化，集团化，生产高度集中：7 x1 p. t* h* y n! i h 研发及建厂成本的日渐增高，加上现有行销与品牌的优势，使得硅材料产业形成“大者恒大”的局面，少数集约化的大型集团公司垄断材料市场。上世纪90年代 末，日本、德国和韩国（主要是日、德两国）资本控制的8大硅片公司的销量占世界硅片销量的90%以上。根据semi提供的2002年世界硅材料生产商的市 场份额显示，shinetsu、sumco、wacker、memc、komatsu等5家公司占市场总额的比重达到89%，垄断地位已经形成。$ m$ s c! ?1 q 3、硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向：. u7 f( a% u$ p- g3 h 随着光电子和通信产业的发展，硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向。硅基材料是在常规硅材料上制作的，是常规硅材料的发展和延续，其器件工艺与硅工艺相 容。主要的硅基材料包括soi（绝缘体上硅）、gesi和应力硅。目前soi技术已开始在世界上被广泛使用，soi材料约占整个半导体材料市场的30%左 右，预计到2010年将占到50%左右的市场。soitec公司（世界最大的soi生产商）的2000年2010年soi市场预测以及2005年各尺寸 soi硅片比重预测了产业的发展前景。 k9 z& q7 s0 w/ p, m) w o4 x 4、硅片制造技术进一步升级：2 g9 k3 g+ |5 d v( f* + k 目前世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺，使制片技术取得明显进展。在日本，200mm硅片已有50%采用线切割机进行切片，不但能提高硅片质 量，而且可使切割损失减少10%。日本大型半导体厂家已经向300mm硅片转型，并向0.13m以下的微细化发展。另外，最新尖端技术的导入，soi等 高功能晶片的试制开发也进入批量生产阶段。对此，硅片生产厂家也增加了对300mm硅片的设备投资，针对设计规则的进一步微细化，还开发了高平坦度硅片和 无缺陷硅片等，并对设备进行了改进。% w2 q$ u0 8 a; u9 t三、硅是地壳中赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价主要为4价，其次为2价；在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与许多元素化合。o8 n# n1 m, k9 v5 fs 由于硅的禁带宽度和电子迁移率适中，硅器件的最高工作温度能达250，其制作的微波功率器件的工作频率可以达到c波段（5ghz）。在硅的表面能形成 牢固致密的sio2膜，此膜能充当电容的电介质、扩散的隔离层、器件表面的保护层，随着平面工艺与光刻技术的问世而促进了硅的超大规模集成电路的发展。硅 材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错低微缺陷单晶。晶体力学性能优越，易于实现产业化，从而导致半导体硅材料成为电子材料中的 第一大主体功能材料，并在今后较长时间内仍将成为半导体的主体材料。+ e l i+ u t! m多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。% k/ i: b m9 d7 o9 f多晶硅产品分类:0 l$ r/ / a+ e) _ t3 v多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级。% u: v# p5 s: d u! g y1、冶金级硅（mg）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。一般含si 为90 - 95% 以上，高达 99.8% 以上。5 z, i& n3 * k. yo! t0 q2、太阳级硅 (sg)：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。一般认为含si在 99.99 % 99.9999%（46个9）。0 p6 ?+ w) u) i0 n3、电子级硅（eg）：一般要求含si 99.9999 %以上，超高纯达到99.9999999%99.999999999%（911个9）。其导电性介于 10-4 1010 欧厘米。9 q0 a ( h: |多晶硅应用领域： o, t- u5 w3 |多晶硅是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的功能性材料。主要用做半导体的原料，是制做单晶硅的主要原料，可作各种晶体管、整流二极管、可控硅、太阳能电池、集成电路、电子计算机芯片以及红外探测器等。- h+ o ; i- x6 n 多晶硅是制备单晶硅的唯一原料和生产太阳能电池的原料。随着近几年我国单晶硅产量以年均26%的速度增长，多晶硅的需求量与日俱增，目前供应日趋紧张。我 国2000年产单晶硅459吨，2003年增加到1191吨，预计2005年产量将达1700吨，消耗多晶硅2720吨。从单晶硅产品结构看，太阳电池用 单晶硅产量增长最快，2000年产量207吨，2003年为696吨。预计2005年将达到1000吨，约需多晶硅1590吨，而国内2004年仅生产多 晶硅57.7吨，绝大部分需要进口。+ $ y/ n1 ?$ p4 k9 g我国主要的太阳能电池厂有56家，最大的无锡尚德太阳能电力有限公司2004年产量约为50mw，2005年计划生产100mw，如果完成计划，则约需多晶硅1300吨以上。仅此一家企业，就要2家千吨级多晶硅厂为其供货，才能满足生产需要。2 o/ l u7 ( o6 x从国际市场看，国际市场多晶硅需求量在以每年1012%的速度增长，按此增长速度预测，2005年全球多晶硅需求量将达27000吨，2010年将达60000吨，缺口很大。亚太地区特别是日本、台湾、新加坡、韩国等地，都是多晶硅的主要需求地。 ) r4 ; c4 e$ m6 k. 多晶硅生产技术：4 s- r4 m& o1 6 n2 l: v多晶硅生产技术主要有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。正在研发的还有冶金法、气液沉积法、重掺硅废料法等制造低成本多晶硅的新工艺。, u7 1 l4 j; # b& _, w世界上85的多晶硅是采用改良西门子法生产的，其余方法生产的多晶硅仅占15。以下仅介绍改良西门子法生产工艺。 s, i. b5 p4 o5 k( 西门子法（三氯氢硅还原法）是以hcl（或cl2、h2）和冶金级工业硅为原料，将粗硅（工业硅）粉与hcl在高温下合成为sihcl3，然后对 sihcl3进行化学精制提纯，接着对sihcl3进行多级精馏，使其纯度达到9个9以上，其中金属杂质总含量应降到0.1ppba以下，最后在还原炉中 在1050的硅芯上用超高纯的氢气对sihcl3进行还原而长成高纯多晶硅棒。 m6 g8 x% f n: m6 g8 x% f n: _- b f介绍完后，带我参观了车间，我们全副武装，经过风淋才被允许进入生产车间，我们一次参观了 直拉车间、区熔车间、断料、切片等车间。直拉法 - , s6 q& r9 u) m5 m* x/ h0 d 即切克老斯基法（czochralski: cz), 直拉法是用的最多的一种晶体生长技术。直拉法基本原理和基本过程如下： b: x* v5 v/ g# t 1.引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体； x2 s, z7 ( h6 s* t( 2.缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；1 y j* q3 x$ c: p! 放肩：将晶体控制到所需直径；- i6 o) r, a! j p; b: f 3.等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；$ v2 g% m! g s2 w* z2 l# s+ p 4.收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；2 c9 l1 b# w, e+ z# m 5.降温：降级温度，取出晶体，待后续加工3 u; a: a3 l5 a5 ! / u o, y 6.最大生长速度：晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关。 提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。为了降 低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度。8 n$ j- a$ t5 0 z! r 7.熔体中的对流：相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等。; b! a8 c/ ; p6 s实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。4 o7 ( w4 x; i 8.生长界面形状（固液界面）：固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引 晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。2 l6 v- e) c9 g x; k 9.连续生长技术：为了提高生产率，节约石英坩埚（在晶体生产成本中占相当比例），发展了连续直拉生长技术，主要是重新装料和连续加料两中技术：% a9 v$ v j- e w/ k - 重新加料直拉生长技术：可节约大量时间（生长完毕后的降温、开炉、装炉等），一个坩埚可用多次。: m 6 e8 b2 d5 g - 连续加料直拉生长技术：除了具有重新装料的优点外，还可保持整个生长过程中熔体的体积恒定，提高基本稳定的生长条件，因而可得到电阻率纵向分布均匀的单晶。连续加料直拉