毕业设计（论文）-氮化硅涂层的喷涂温度对多晶硅铸锭质量的影响.doc

河南科技大学毕业设计(论文) 氮化硅涂层的喷涂温度对多晶硅铸锭质量的影响摘 要制备太阳能级多晶硅过程中需要使用坩埚。工业中通常使用的坩埚是石英或石墨坩埚，熔融硅与坩埚接触时不可避免的产生反应粘连，同时坩埚中的杂质也会进入硅熔体中。高浓度的杂质，如c、o、fe等将使少子寿命显著降低，影响电池性能。通常在坩埚上涂敷涂层使熔体与坩埚壁隔离，来减少反应粘连使铸锭顺利脱模，并阻止坩埚中的杂质在铸造过程中进入硅中。本文利用多晶硅铸锭过程中喷涂温度的变化来研究氮化硅涂层对硅锭脱模效果的影响以及通过少子寿命来分析涂层对杂质的隔离效果。然后以喷涂温度为跳板综合论述影响喷涂效果的主要因素，最终确定一定的喷涂参数范围既能使涂层有效的阻止杂质进入硅锭中，又能有良好的脱模效果。关键词：多晶硅铸锭，喷涂，脱模，杂质，少子寿命the influence of silicon nitride coatingand spraying temperature to the quality ofthe multicrystalline silicon ingotabstractwe need to use of crucibles in the process of fabricate solar grade multicrystalline silicon.typically graphite or quartz crucibles have been used as support of melting silicon.however,in the casting process,there are reaction adhesions on the interface of melting silicon and crucible. moreover,high density of impurity,such as c,o,fe,ca,which plays a crucial role on the degradation of multicrystalline silicon solar cells performance,are usually incorporated through the contact of the melt with the crucible walls.usually coating has been spayed on the crucible wall as release agent to avoid melting silicon contacting with the crucible wall directly eventually decrease the reaction and impurity diffusion from crucible.this text make use of the spraying temperature to research the effect of the release agent on si3n4 coating and according to the lifetime to analysis the segregate effect on the coating to impurity in the process of casting multicrystalline silicon. then comprehensive discussion the main factors on the effect of spraying,and finally make sure a boundary of the spraying to prevent the impurities into the ingot effectively,and achieve to a good release agent face.key words: casting multicrystalline silicon，spraying，release agent，lifetime目 录第一章 绪论11.1太阳能电池的发展11.2 多晶硅太阳能电池21.2.1 多晶硅太阳能电池片的加工过程21.2.2 多晶硅铸锭过程31.3 铸造多晶硅中主要杂质31.3.1 硅中氧杂质31.3.2 硅中碳杂质41.3.3 硅中氮杂质51.3.4 硅中金属杂质61.4 氮化硅的性质和应用71.5 铸造多晶硅时坩埚涂层目的81.6 本文研究的主要目的及内容9第二章 实验过程102.1 样品制备102.1.1 检料102.1.2 喷涂102.1.3 坩埚烧结112.1.4 装料112.1.5 铸锭112.1.6 开方132.2 样品检测14第三章 实验结果及分析153.1 实验结果：153.1.1 硅锭脱模效果：153.1.2 硅锭收率：153.1.3 少子寿命检测结果：163.2 结果分析16结 论18参考文献19致 谢21iv 河南科技大学毕业设计(论文) 第一章 绪论1.1太阳能电池的发展随着经济的迅速发展，能源问题和环境问题显得越来越重要，直接关系到我国今后长时间的可持续发展。我国是以煤和石油为主的能源消耗大国，而我国的人均资源相对贫乏。另一方面，在使用煤和石油等原材料作为能源时又会对环境带来严重的污染。因此，开发利用可再生的清洁能源便成为一种非常重要的途径。其中，太阳能是最重要的清洁的可再生能源。利用太阳能发电则是开发太阳能最为重要的方法。太阳每秒钟放射的能量大约是1.61023kw，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.8921013千亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍1。相对于常规能源，太阳能的无限性、经济性、清洁性、就地使用性、存在的普遍性为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。我国的太阳能电池主要应用于一些特殊领域，如航天、通讯、边远地区的电气化等，没有普及使用，这与我国辽阔的领域和日益广泛的光伏应用是极不相称的。根据中国能源研究会预测，按生态发展模式，2050 年中国的可再生能源达总能源30.7，其中太阳能达到101。北京申办2008 年奥运会成功，提出了“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”的指导思想。在奥运村和运动场规划中太阳能利用及太阳能发电站的建设均占有重要的地位。奥运场馆照明用电的90将采用太阳能路灯。上海世博会期间，在整个世博园区，世博文化中心、中国馆、主题馆等永久性建筑上都应用了太阳能发电技术，总装机容量超过4.68兆瓦，每年能减排二氧化碳8000吨。太阳能光电技术在我国具有非常广阔的发展空间。经过近半个世纪的发展，太阳电池已从最初的单晶硅电池发展到多晶硅、非晶硅电池，iii-v 族、ii-vi 族化合物半导体光电池，薄膜光电池，聚光光电池，无机、有机光电池及化学光电池等。若按制作材料不同可分为晶体硅、非晶硅和复合物太阳电池。其中，晶体硅太阳电池是目前太阳电池的主流，它的市场占有率最近几年都是保持在90%以上2。利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为光伏产业，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等近几年国际上光伏发电快速发展。 总体上看，我国光伏产业正处在产业重组和战略布局阶段，目前国内有很多省市都把光伏产业作为新的主导产业和产业结构调整的重点，面临着巨大的产业整合压力。2000年以后，全球太阳能电池产量以年均40左右的速度增长。其中，中国的年增长率则高达100以上。2008年，中国已超过了之前一直居全球市场份额首位的日本，成为全球第一大太阳能电池生产国2。1.2 多晶硅太阳能电池1.2.1 多晶硅太阳能电池片的加工过程从原生多晶硅料到硅片要经过一系列的工艺过程：硅料 硅锭 开方线切割硅片电池片电池板1.图1-1 太阳能电池工艺流程1.2.2 多晶硅铸锭过程铸锭工序是把装在坩埚内的硅料放置在多晶炉内进行熔化，在高温、保护气体下，使硅料自身的分子结构按照一定的规律重新进行冷凝结晶，最终铸成方锭的过程。铸锭工序如下：开炉准备 装炉 检测 铸锭运行 开炉出锭1.3 铸造多晶硅中主要杂质1.3.1 硅中氧杂质表1-2 硅中氧的基本性质性质参数固溶度/cm-32.751018分凝系数0.995,1.0,1.48扩散系数/cm2s-130010-22128010-9热处理时施主效应/cm-3300500约11016（热施主）550800约11015（新施主）氧在硅中处于间隙位置，因而有较大的扩散系数，相对于慢扩散元素它的扩散系数最大,硅中氧杂质的基本性质如表1-2 5。氧的平衡分凝系数大约为1.25左右。由于在硅的熔点附近，氧的溶解度很高，达1018cm-3，在冷却至室温时氧通常以过饱和的状态存在于硅晶格的间隙位置。在随后的冷却过程中随溶解度的降低，过饱和的氧发生偏聚和沉淀。 由于铸造多晶硅一般使用石英坩埚作为熔炼过程的载体3，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材料中。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，由于氧在硅中的分凝系数通常被认为大于1，所以根据分凝的规律，氧浓度从硅锭底部逐渐向头部递减。坩埚壁与熔硅反应方程式为:si+sio2 sio由于热对流，所生成的一氧化硅会被输送到熔体表面。大部分的一氧化硅(99%)在熔体表面挥发，剩余的一氧化硅则在熔硅中分解成si和o: siosi+o分解出来的氧在熔体冷却结晶的过程中进入晶体，处于硅晶格的间隙位置，间隙态的氧为电中性杂质。一般氧处于间隙位置时，通常不显电活性6。然而铸造多晶硅中氧浓度通常在3x1017 1.4xl018 cm-3之间。高浓度的间隙氧在随后的器件制造工艺过程中，经历各种温度的热处理，会在硅晶体中偏聚和沉淀，形成氧关施主、氧沉淀等缺陷。这些氧缺陷对硅材料和器件具有有利和不利两方面的影响，它可以结合器件工艺形成内吸杂，吸除金属杂质，还可以钉扎位错，提高硅片的机械强度7。但当氧沉淀过量时又会诱生其它的晶体缺陷，引入大量的二次缺陷，还会吸引铁等金属元素，形成铁氧沉淀复合体，具有很强的少子复合能力，能够显著降低材料的太阳能电池转换效率8。从而对硅材料和器件的电学性能产生破坏作用。在硅材料生产中氧的浓度通常被控制在所需要的范围，以达到利用氧沉淀来实现控制缺陷的目的。1.3.2 硅中碳杂质表1-3 硅中碳的基本性质性质参数固态si中溶解度/cm-3c2=3.51017熔点附近液态si中溶解度/cm-3c1=4.01017分凝系数0.070.01,0.580.01扩散系数/cm2s-11.9exp（-3.04ev/kt）硅中碳是除氧外含量较多的杂质原子, 硅中碳杂质的基本性质如表1-39。碳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。其分布主要由分凝机制决定，在硅锭中呈现从底部至头部逐渐增加的特点。碳也是iv族元素，与硅同族，因此，碳在硅中不会产生施主或受主效应。碳原子在硅晶格中占替代位置，属于非电活性杂质，被固溶的碳对材料的电学性能无影响。碳原子因原子半径小，容易造成晶格畸变，造成氧原子在附近偏聚而形成氧沉淀的异质核心，同时碳能降低氧沉淀的界面能，稳定氧沉淀核心，因而增加了氧沉淀速率。碳原子和氧原子容易形成c-o复合体，复合体对间隙氧的争夺，从而抑制热施主10，对材料产生正面的影响。但当碳的浓度超过其溶解度很多时，将会与硅反应，形成颗粒碳化硅沉淀，碳化硅沉淀导致晶格位错，造成体积收缩，诱生缺陷，形成深能级载流子复合中心，从而影响少子寿命11。这个负面影响可能要比碳原子单质的正面影响要大得多。同时，碳对硅器件有害。它会降低击穿电压、增加漏电流。1.3.3 硅中氮杂质表1-4 硅中氮的基本性质性质参数饱和固溶度/cm-34.51015分凝系数710-4扩散系数/cm2s-1 替位原子0.87exp（-3.29ev/kt）扩散系数/cm2s-1 氮对2.7103exp（-2.8ev/kt）硅中氮杂质的基本性质如表1-4。氮也是多晶硅材料中含量较多的轻元素杂质，通常是由铸造过程中的坩埚涂层、气氛或者之后电池表面制作钝化膜的过程中引入，氮虽为v族元素，但在硅中不是施主，也不引入电活性中心，它一般以双原子氮对形式存在于硅中。氮能够增加硅材料的机械强度，可抑制硅中的微缺陷，促进氧沉淀。浙江大学国家硅材料重点实验室的阙端麟先生首创氮气氛下拉单晶，就是利用氮的这些优点。但是，在物理法多晶硅的生产过程中，由于不少是采用氮气保护，而且坩埚涂层里面的氮化硅在高温下也会部分与硅反应，或者氮化硅颗粒直接进入硅液中，将导致细晶的产生，增加晶界数量，最终影响太阳能电池的性能4。在多晶硅的结晶过程中，氮还可以与氧作用，形成氮氧复合体，影响材料的电学性能。但由于氮氧复合体是浅能级，其能级在导带下0.035一0.38ev。而且氮的固溶度很低，因此，对材料的影响不是很大。1.3.4 硅中金属杂质表1-5 硅中金属的基本性质杂质元素分凝系数最大固溶度/cm-3扩散系数/cm2s-1fe810-6310161.610-10(1420)ca810-3610181.210-10(1420)al210-3210196.210-10(1420)cu410-41.510182.310-6(1420)ni10-61.31018210-3exp（-0.47ev/kt）硅中金属杂质的基本性质如表1-5。低成本的多晶硅中，金属杂质除了以单个金属原子形式存在外，还存在于沉淀和复合物中。如果某金属杂质的浓度低于该金属在晶体硅中的固溶度，它们可以以间隙态或替位态形式的单原子存在。如as、sb、sn、zn在硅中以替位位形式存在，fe、cu、cr、ni和ag以间隙态形式存在。替位位杂质的扩散速度远低于间隙位杂质。如果某金属杂质的浓度大于其在晶体硅中的固溶度，则可能以复合体或沉淀形式存在。cu和ni等扩散速度快的金属绝大部分都形成沉淀，而扩散速度相对较慢的金属如fe和cr，以单个原子形式存在，它们具有电活性，并在硅晶体中引入深能级。这些金属原子是不稳定的。在室温下，它们有一定的扩散速率，能够移动，从而容易和其它杂质形成复合体，如施主-受主对，有些复合体会有电活性;在进一步低温退火时，这些复合体会聚集，最终形成金属沉淀。 一般金属沉淀的体积和晶格常数与硅晶体的晶格常数往往不同，在沉淀和硅基体间会引起晶格失配，从而引入应力。当沉淀体积小于硅晶体相应体积时，沉淀能够吸收自间隙硅原子;当沉淀体积大于硅晶体相应体积时，沉淀则会发射自间隙硅原子到硅基体中。金属杂质及其沉淀或复合体都是少数载流子主要的复合中心，不仅能提高晶界的复合强度，还会导致漏电流的增加和光致衰减现象。1.4 氮化硅的性质和应用由于氮化硅具有高化学稳定性，而且抗杂质扩散能力很强，所以在太阳能电池领域最常见的应用是作为杂质扩散掩蔽膜来使用，或者作为太阳能电池表面的钝化膜。氮化硅是一种优秀的杂质扩散掩蔽膜的薄膜材料。由于氮化硅是强共价化合物，所以扩散系数很小，杂质在氮化硅中很难穿透，b，p，as等杂质在si3n4的扩散系数远小于在si和sio2中的扩散系数。氮化硅薄膜也常作为器件的最终钝化层12，因为氮化硅薄膜能有效地阻止b、p、na、as、sb、ge、al、zn等杂质的扩散，尤其是对na。氮化硅具有较好的抗钠离子性能，因为杂质离子在氮化硅中的扩散系数和迁移率比较低，所以，钠离子在氮化硅中的渗透要比同样条件下在二氧化硅中浅得多。同时氮化硅薄膜具有高的化学稳定性，对于晶态si3n4，除了氢氟酸，其它酸和碱几乎都不发生作用。sio2的化学稳定性不如si3n4，si3n4膜在600下依然不会跟铝电极反应；而sio2膜在500就跟铝电极有明显的反应。总的来说，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对坩埚涂层的要求。同时由于无定型si3n4粉的致密度低，比表面大，孔隙率高，即颗粒内部存在着大量的气孔，悬空键就在气孔的表面上，从化学角度来看是不稳定的，容易吸附外来原子而引起化学反应。因此通常使用晶态si3n4粉作为涂层材料使用;提纯多晶硅材料一般温度在1500左右，通常不会引起si3n4同素异构转变，为控制成本工业上通常使用的氮化硅粉一般都含有大量- si3n4(90%)和少量- si3n4。1.5 铸造多晶硅时坩埚涂层目的制备多晶硅太阳能电池的工艺，通常是将工业硅材料经过提纯后，在坩埚中熔炼冷却形成无气孔、无裂缝、高纯度的多晶硅锭，去除头尾杂质含量较高的部分后，采用线锯将其切割成几百微米厚的薄片作为原始电池片。硅固液转变过程中体积将变大，并且其物理性质为热缩冷胀，硅在冷却后其体积将会增加大约10%。同时随着温度降低到750，硅将从塑性转变成脆性材料13。因此，由于硅锭的热缩冷胀性质和凝固过程中发生脆性转变，凝固过程中，硅锭受到的微小的应力都很可能造成硅锭开裂。如果涂层与硅锭之间存在粘连、渗透和扩散，将产生机械应力，导致硅锭晶体结构的破坏，形成不合格硅料。因此，涂层的脱模效果决定着硅锭成功成型的可能性大小，脱模效果好的涂层不仅减少了硅锭重熔耗费的成本，同时也使坩埚的多次利用成为可能。提纯多晶硅的过程中，在坩埚内壁处涂敷涂层有两个目的，一是为了使硅锭顺利脱模，防止因粘连应力造成的硅锭开裂;二是为了阻止坩埚中的杂质进入硅锭中，影响以后多晶硅电池的性能。使用纯度较高的坩埚也可以防止杂质的进入，但是通常价格昂贵。现在普遍使用的是石墨和石英坩埚，由于熔硅有很强的化学活性，c和o以及坩埚中的主要金属杂质如fe、ca、al等会在熔炼过程中通过扩散进入si液中，形成氧关施主、sic沉淀、金属沉淀等，会引起少子寿命下降、光致衰减、漏电流、硅片断裂14等不良现象。si3n4是强共价键化合物，其自扩散系数低，且其耐高温性能和化学稳定性好，通常被用来作为太阳能电池的钝化膜或扩散掩膜层使用，就是因为其抗杂质扩散能力强，与熔硅也不反应。然而，涂层所使用的氮化硅材料本身由于其成本原因，基本不能达到如太阳能电池要求的6n纯度，因此在熔炼过程中，氮化硅涂层内含有的杂质向多晶硅锭的扩散造成的污染将不可避免，而氮化硅涂层对坩埚杂质的隔离作用大小也待研究。同时，由于多晶硅提纯的环境一般都选择高温(大于si熔炼1420，由于石英坩埚本身的使用范围，通常在1500左右)，低压(0.1-0.0lpa左右，防止污染的同时利用低压使p、al等饱和蒸汽压高的元素挥发去除)条件，氮化硅涂层在高温低压条件下自身的分解、n元素的扩散也是不可避免的。虽然n属于非电活性杂质，但是n的引入对于si内的其他杂质会有一定的作用，如t.buonassisia等人15就曾在多晶硅铸锭内发现sic沉淀在si3n4颗粒上生成，并且一些金属元素会在si3n4颗粒中形成纳米级沉淀，如fesi2、cusi3等。si中杂质的相互作用很复杂，一些金属元素会形成复杂的复合沉淀物16。1.6 本文研究的主要目的及内容在高纯硅材料的生产和提炼中，很多方法都借用到坩埚，不管是直拉法，浇注法，定向凝固法以及带状硅材料的定边生长法的生产中均要借助坩埚来进行制备生产。硅在熔融状态下有很强的化学活性，几乎没有不与它作用的容器，即使高纯石墨或石英坩埚也要和熔硅发生化学反应。因此容易在制造工艺中受石英、石墨、设备以及管道等的沾污。坩埚的使用一方面提高了材料制备费用，同时也给硅锭带来的污染。因此在多晶硅铸造过程中一个需要解决的问题就是材料与坩埚接触引入大量的杂质，影响了多晶硅材料的光电转换效率。同时，由于坩埚与硅棒在熔炼过程中发生反应粘连，造成硅棒所受应力不均匀，冷却成型中容易引起铸锭开裂和大量位错产生。所以说坩埚对硅锭影响至关重要。本文主要研究坩埚喷涂温度对硅锭质量的影响。本实验是通过改变喷涂温度来观察硅锭质量的好坏，然后通过观察晶锭外观及少子寿命分析，来研究喷涂对硅锭质量的影响。这正是本文研究的意义所在。第二章 实验过程2.1 样品制备本次实验的全部过程都是在上海超日（洛阳）太阳能有限公司做的，实验期间所用的设备及样品全是由超日提供的。本实验先从原料检验开始，到铸锭开方取硅棒，然后进行少子寿命测试。样品制备流程为：检料喷涂坩埚烧结装料多晶铸锭开方（取硅棒）。2.1.1 检料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。高纯的硅料表面表现出银灰色，色泽较亮。若有杂质的话就会出现斑点，或有的有夹杂颗粒。另一方面，检料还要把大小料分开装，以方便往坩埚里装料。2.1.2 喷涂本工序是在石英坩埚内壁表面进行氮化硅（si3n4）喷涂，防止在铸锭时硅液与坩埚壁直接接触发生粘连。si3n4在高温下比较稳定，且不易与熔融的硅液发生反应，并且si3n4是很好的脱模剂，易于脱模17。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 图2-1 坩埚喷涂台 图2-2 坩埚喷枪设备 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4550，si3n4粉和纯水的比例为450g/1800ml。在喷涂作业时一定要注意喷枪的喷射宽度，一般为为4cm6cm。而且要注意喷涂为了安全和喷涂质量，要穿好连体防护服，穿好鞋套，戴好纱布手套、乳胶手套、防护眼镜。2.1.3 坩埚烧结坩埚烧结目的是使坩埚和氮化硅涂层结合更紧密18。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，加热到1075，然后保温四个小时。坩埚出炉温度在100左右。注意坩埚烧结好以后，要在6个小时内使用，否则影响坩埚质量。2.1.4 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19；对于有母合金的料装至坩埚高度1/2时，加入母合金，并且要均匀摆放在硅料表面。装料过程注意防尘，不接触金属，轻拿轻放，不碰坏喷涂层。环境要求：空气湿度50% ；环境温度2028 。对于装好的料，以防落入灰尘，我们需马上投入多晶硅铸锭炉中，虽然我们采用的是汉虹多晶炉，但由于技术限制和为了防止溢流，一个坩埚我们只装420kg原生多晶硅，母合金为b-si合金为0.82g。2.1.5 铸锭在开炉之前先要检查各个设备是否正常，然后再装炉，装炉时一定要保证坩埚在加热器中心。装好炉后，用吸尘器对炉体内部进行清理，用酒精对上下炉盖的接触面进行清洗，然后关炉自检。自检合格后进行铸锭运行。 铸锭程序为：加热化料长晶退火冷却。实验参数如表2-3及表2-4表2-3 1号坩埚的喷涂参数坩埚编号1坩埚厂家华融坩埚尺寸846*843*420mm前段烘干时间12h纯水温度29.6喷涂前加热时间24h纯水电阻18喷剂类型及用量j-750g/2600ml纯水喷涂时间1h坩埚温度（六面）上53下54左54右55前55后56装料数量457.62kg表2-4 2号坩埚的铸锭参数坩埚编号2坩埚厂家华融坩埚尺寸846*845*420mm前段烘干时间12h纯水温度29.6喷涂前加热时间24h纯水电阻18喷剂类型及用量j-750g/2600ml纯水喷涂时间1h坩埚温度（六面）上57下59左59右60前61后62装料数量457.084kg多晶硅铸锭炉温度曲线如图2-5图2-5 1号和2号坩埚多晶硅铸锭炉温度曲线a区为1号坩埚 b区为2号坩埚2.1.6 开方此工序是把硅锭切成大小相等的25个方棒编号如表2-6。表2-6 方棒编号a1b2c3b4a5b6d7d8d9b10c11d12e13d14c15b16d17d18d19d20a21b22c23b24a25在开方的时候，要采用碳化硅浆体。碳化硅的硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，是很好的耐磨材料20。开方时钢丝走过锭上的同时，碳化硅浆体不断的沿钢丝流入硅锭，这样在钢丝拉动的同时，依靠碳化硅的摩擦力把硅锭锯开。开方之后检测硅棒少子寿命。2.2 样品检测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21-pcd (microwave photoconductivity decay)，少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，一定的频率下，发射和反射微波型号差正比于非平衡载流子浓度n，选取不同的频率，信号差有时正有时负，无论如何都和非平衡载流子浓度n成正比信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流子衰减的规律，通过拟合指数衰减信号得到少子寿命的值，对样品表面连续点扫描可以得到少子寿命分布图22。其原理图如图2-7。图2-7 -pcd工作原理图用洁净的清洁棉和清洁液擦洗方棒和边皮料的表面，直到把表面的杂物都擦洗干净，才可以进行少子寿命测量。红外脉冲激光源设为905nm，微波源和信号接收100.5ghz。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。第三章 实验结果及分析3.1 实验结果3.1.1 硅锭脱模效果铸造完成后硅锭表面效果如3-1图： a) 1号坩埚脱模 b)2号坩埚脱模图3-1 坩埚脱模照片3.1.2 硅锭收率硅锭收率及粘锅影响收率如表3-2：表3-2 硅锭收率及粘锅影响收率硅锭编号收率粘埚影响收率167.28%0.00%251.34%14.07%注：硅锭收率为经开方、线切、清洗之后的合格硅片率；粘锅影响收率为由粘锅所带来的不合格硅片率。以上检测均检测整块锭。3.1.3 少子寿命检测结果少子寿命检测结果如表3-3：表3-3 少子寿命检测结果硅锭编号平均少子寿命底部红区长度15.876530.0425.463137.81注：平均少子寿命为检测硅锭所开方出的25块硅棒中随机挑选的2根棒的平均少子寿命；底部红区长度即为相应2根硅棒的平均底部红区长度。3.2 结果分析硅锭1脱模效果完整，收率较高，坩埚影响收率为0少子寿命较高，红区长度较短硅锭2脱模不完整，有数处裂锭，收率较低，坩埚影响收率很大，少子寿命低且红区长度长。经分析底部红区越长说明氮化硅或坩埚内部杂质较多，或氮化硅隔离效果不好，坩埚喷涂的效果直接影响到硅锭内部的少子寿命以及红区长度，喷涂效果越好少子寿命越高，红区长度越短。由于本实验的局限性现综述以往的喷涂论文做以下分析：影响晶锭表面质量的几个要点：1、喷涂时坩埚的温度(505)；2、喷涂时喷枪的压力(30psi)；3、氮化硅粉和纯水的配比(纯水的电阻率和温度：16和25)；4、喷涂台各个面加热的温度一定要均匀；5、喷涂的手法；6、坩埚内表面的平整度如果上述几点不在要求的合理的范围内就会影响涂层的质量近而影响晶锭的表面质量，影响良率；如果温度过高：水分蒸发太快影响涂层和坩埚以及氮化硅颗粒结合的致密度；如果温度过低：水分蒸发过慢会造成氮化硅涂层龟裂；喷枪压力主要影响喷出的喷雾的形状(要求喷涂最好为椭圆形且长轴不超过10cm)近而影响喷涂的效果；如果坩埚内部过于光滑会影响喷涂和坩埚内壁结合的面积近而影响喷涂效果；另外如果氮化硅粉脱落且不能在长晶的过程中有效的分凝会在晶锭内部形成si3n4影响晶锭质量总的来说各种影响氮化硅涂层的因素都会直接影响到进入硅锭中杂质的含量以及脱模效果，所以确定一个合理的喷涂参数是非常必要的。结 论本课题对铸锭中喷涂温度对硅锭质量的影响做了研究，并与少子寿命做了对应分析，得出以下结论：1.喷涂温度有稍许的改变就会引起硅锭粘锅、裂锭等现象。坩埚1的脱模效果好说明喷涂温度离50越近，脱模效果越好，而坩埚2温度过高导致粘锅现象严重。2.1号坩埚的平均少子寿命比2号坩埚平均少子寿命高说明坩埚喷涂温度越低，硅锭内部的少子寿命越高，硅锭质量越好。本课题的研究目的就是为了说明坩埚喷涂对硅锭质量影响的重要性，氮化硅涂层不仅能保证坩埚顺利脱模而且能使多晶硅杂质含量降低，少子寿命显著提高，如果想要保证硅锭的高合格率，坩埚喷涂的高质量是首先要考虑的。参考文献1 李彦林,羊建坤,任丙彦等.太阳能级硅片生产工艺中悬浮液粘度的研究.第九届中国太阳能光伏会议,20062 檀柏梅,牛新环,赵青云等.单晶硅线切割技术及切削液的分析研究.珠海:第十四届全国半导体集成电路硅材料学术会议论文集,2005:3853873 杨德仁,邓海.铸造多晶硅研究进展j.材料导报,2006,2（3）:1011034 g.selvaduray, l sheet.aluminum nitrde:review of synthsis methods, mater.sci.tech,1993,11(6):4634655 邓志安,郑安生.半导体材料m.北京:化学工业出版社,2004:25-266 habler c,hosf h u,koch w,et al.formation and annihilation of oxygen donors in mu1ticrystalline silicon for solar cellsj.materials science and engineering,2000,71:39-467 林安中,王斯成.国内外太阳电池和光伏发电的进展与前景j.太阳能学报,1999,特刊:68-748 karg d,pensl g,sehulz m,etal. oxygen-related defect centers insolar grade,multicrystalline silicon. a resevoir of lifetime killersj.phys.stat.sol.(b) ,2000:222-3799 gosele u.current understanding of 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