晶体生长计算软件FEMAG系列之晶体生长方法介绍.ppt

1、A,1,晶体生长计算软件FEMAG 之 晶体生长方法介绍,A,2,块晶体材料,FEMAGSoft 2010,哪些工业领域需要用到各类块晶体材料？,半导体和光伏产业用硅/锗晶体材料 用于通信，LED,国防和光伏产业的-族化合物晶体材料，如GaAs Inp InSb SiC GaN等 红外成像用HgCdTe晶体材料 高能物理，医学成像和光学工业用氟化物/卤化物/氧化物闪烁晶体 其它工业领域,A,3,块晶体生长方法,FEMAGSoft 2010,直拉法 (CZ) 区熔法(FZ) 定向凝固法(DSS) 垂直/水平布里兹曼法 (VB) 垂直梯度凝固法 (VGF) 物理气相沉积法(PVT),A,4,硅晶体

2、生长方法,FEMAGSoft 2010,String Ribbon法 (Evergreen Solar Inc.专利设计) 导模法（EFG）,A,5,热场设计的重要性,FEMAGSoft 2010,晶体生长的首要问题是设计适合的热场和相应的操作条件，这不仅决定了晶体的主要特性，对于每个集成电路晶片制造商而言，也是最主要的核心技术所在。,A,6,直拉法（CZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,A,7,直拉法（CZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,Cz法,在集成电路产业中大约90% 的单晶生长都使用直拉法技术 部分锗晶体生长使用直拉法 蓝宝

3、石和大多化合物晶体生长使用直拉法，或者其衍生技术如泡生法，液封直拉法（ LEC ）等 在光伏市场中的直拉法晶片的市场占有率会略低于定向凝固法生产晶片,A,8,直拉法（CZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,半导体和光伏产业中的当前热点都与提高晶体生长产量和质量有关,连续提拉法（CCZ） 磁场拉晶法（ MCZ ） 提高生长速度,杂质控制（氧，碳）以及掺杂物 影响太阳能电池效率的微空隙和位错,A,9,直拉法（CZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,成本降低会受到设备及材料消耗的限制 需要进一步革新以控制成本及增加产出,A,10,直拉法（CZ）

4、,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,垂直型: Cusp : 水平型:,FEMAGSoft 2006,A,11,直拉法（CZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,在热应力的某个区域，晶体是处于亚稳态的，某种微扰能对于其离开亚稳态是必要的。在该模型中，可以了解到晶体能承受的应力要大于拉伸测试的临界值。 根据位错形成的经典理论，位错的形成开始于生长界面附近某区域，其应力达至最大值，位错继而会向晶体深处生长。在应力比较高的区域，因以下原因产生的微扰能会导致位错的形成。 - 温度波动（流体力学/生长系统非稳定性） - 局部回熔 - 到达生长界面处的粒子

5、,结构损失（ Structure lose ）是当前影响生长产出的最主要原因：,A,12,区熔法（FZ）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,主要适用于大功率设备 世界最高的电池转换效率也是基于区熔法 设备和原材料昂贵,A,13,定向凝固法（DSS）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,A,14,定向凝固法（DSS）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,在过去几年半导体晶体生长制造商都因采用直拉法/垂直梯度凝固法（ CZ/VGF ）而获益,A,15,定向凝固法（DSS）,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2

6、006,定向凝固法工艺的主要问题：,增加产出 晶粒尺寸的控制和增大 掺杂/杂质（ C/N ）分布 位错,生长速率 加热功率分布,定向凝固法工艺的非主要问题：,其成本是直拉法的1/3，光伏市场占有率超过50% 低氧浓度 对硅原材料需求较低,A,16,定向凝固法的热点问题,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,连续的材料供给：与连续直拉法（CCZ）相同，成本降低有局限性,需要额外的供料系统 需要小尺寸原材料或者硅粉供给,单晶铸锭:,直拉法的品质但只需定向凝固法的成本，巨大的成本降低潜力 无额外的设备投入 热场设计（近籽晶区域温度场和加热功率分布）,领先者是 BP Solar, GT Solar 以及中国的一些光伏企业.,A,17,定向凝固法的热点问题,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,A,18,定向凝固法的热点问题,FEMAGSoft 2010,FEMAGSoft 2006,定向凝固多晶铸锭的现实情况： 1) 定向凝固生长的良好品质的单晶片，其电池转换效率接近于直拉法生长的单晶片（GT Solar为： 18.8% ） 2) 平均而言，直拉法多晶和定向凝固法多晶的差距仅为0.5%1% ，比传统的定向凝固多晶片高1% 3)总生产成本仅为直拉法的1/3，但具备单晶品质 4) 低功率衰