光伏用多晶硅的制备方法和生产原理.ppt

1、光伏用多晶硅的 制备方法和生产流程,光伏是太阳能光伏发电系统的简称。 多晶硅是光伏领域和电子信息产业中必不可少的基础材料。多晶硅是太阳能利用的主要材料。在原油资源日趋枯竭的形势下，太阳能作为一种清洁能源，取之不尽、用之不竭，其利用前景十分可观。同时半导体信息产业也是建立在从多晶硅材料到芯片这一产业链基础之上，多晶硅被称为“微电子大厦的基石” 当今世界应用最多的便是西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅，为了提高原料利用率和环境友好，在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法。该工艺将工业硅粉与HCl反应，加工成SiHCI3 ，再让SiHCl3在H2气氛的还原炉中还原沉积得到多晶硅。还原

2、炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl经过分离后再循环利用。,新硅烷法硅烷热分解法 1956年，英国国际标准电气公司的标准电讯实验所研究成功了SiH4热分解制备多晶硅的方法，被称为硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功研究出该方法。美国联合碳化物公司（Union Carbide Corporation）研究歧化法制备SiH4，1980年发表最终报告，综合上述工艺并加以改进，诞生了新硅烷法多晶硅生产工艺10。 硅烷法与改良西门子法接近，但中间产品不同，改良西门子法的中间产品是三氯氢硅（SiHCI3），硅烷法的中间产品是硅烷（SiH4）。硅烷是以SiCl4氢化法

3、、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取，然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。,其余方法： 流化床反应器法 冶金法 蒸汽液体沉积法 热交换炉法 无氯技术 碳热还原法 铝热还原法 常压下碘化学气相传输净化法 锌还原法,精制的三氯氢硅， 送入TCS汽化器加 热汽化；氢气流经 加热器进行加热， 三氯氢硅蒸汽与氢气 按一定比例混合后进入还原炉。在还原炉内通过电阻性加热，将预先安装在还原炉内的硅芯加热到1000左右，三氯氢硅与氢气在硅芯表面发生氢还原反应，被还原的硅沉积硅芯表面，使硅芯的直径逐渐变大，直至达到规定的尺寸。还原炉内在发生CVD沉积反应的同时，生成二氯

4、二氢硅、四氯化硅、氯化氢等副产物。还原炉炉筒夹套通入热水，以移除炉内炽热硅棒向炉筒内壁辐射的热量。,CVD(Chemical Vapor Deposition, 化学气相沉积)，指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。 特点： 淀积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。 CVD制备的必要条件： 1) 在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室； 2) 反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的； 3) 沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。,膜

5、淀积技术,硅片的表面淀积会在硅片上形成一层连续的薄膜，成膜物质来自外部源，其中源种类可分为气体源和固体源。 按淀积工艺涉及的反应方式分为： 化学气相淀积 （Chemical Vapor Deposition，CVD） 物理气相淀积 （Physical Vapor Deposition，PVD）,CVD化学过程,CVD包括的五种基本化学反应过程： 1、高温分解：无氧条件下加热分解化合物（化学键断裂）； 2、光分解：利用辐射能使化合物化学键断裂； 3、还原反应：化合物分子与氢气发生的反应； 4、氧化反应：反应物与氧发生的反应； 5、氧化还原反应：氧化与还原反应的组合，生成两种新化合物,选择依据：淀

6、积温度、膜特性和加工设备要求等因素。,薄膜生长步骤,膜淀积过程有三个不同阶段： 第一步，晶核的形成：成束的稳定小晶核； 第二步，聚集成束岛生长：岛束沿随机方向生长； 第三步，形成连续的膜：岛束汇集并延伸铺展；,CVD化学原理与步骤,原理：气相反应物中生长晶体的复相物理-化学过程,第一步：气体传输至淀积区域,第二步：膜先驱物的形成与输运,第三步：膜先驱物粘附与扩散,第四步：表面反应，导致膜淀积和副产物的形成,第五步：副产物的移除（表面和反应腔）,CVD传输和反应步骤,CVD反应控制要点,温度与反应速率的限制：温度升高，表面反应速度增加，过程速率最慢环节决定整个淀积过程的速度。,常压下，CVD速率不会超过主气体流质量传输速率-质量传输限制淀积工艺。 低压下，表面反应速度较低，淀积速度受表面反应速度限制-反应速度限制CVD工艺,CVD气体流动对淀积膜的均匀性有较大影响，要求有足够量的分子在合适的时间出现在合适的反应区域。,CVD气体流动,随着科学技术日益快速