铸锭工艺基本原理.ppt

1、铸锭工艺原理,DSS（定向固化系统）能生产较大尺寸的，优质的多晶硅锭（用于光伏工业领域D）。DSS的生产量很大，能在不到50个小时的时间内生产出270kg的硅锭。在长晶期间，只有一个部件在运动，这样的设计极大地简化了操作，减小了操作的复杂性。尤其注意降低一些消耗件（例如加热器，隔热元件）的成本，从而降低了炉子长期运行的成本。 内涂SiN的坩埚装入多晶硅料后放在导热性很强的石墨块上（即所谓的定向固化块或者DS块）。关闭炉子后排气，接通加热器电源融化硅料数小时以上。坩埚的四个竖直边都围有石墨加热器，DS-Block，坩埚四周围有隔热层。隔热层的竖直边能上下移动以便露出DS-Block的边缘，使热量

2、辐射到下腔室的水冷四壁上。水冷却DS-Block后再返回来冷却坩埚底部，从而使坩埚内的熔融硅周围形成了一个竖直温度梯度。这个梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从熔体底部向顶部开始长晶。当所有的硅料都凝固后，在程序的控制下，硅锭需要经过退火，冷却处理以免破裂且能将（晶格）位移降到最小限度 。,DSS外观,装好料的坩埚,加热区,加热区有4个石墨板，板的下角与6个馈通器相连。这样坩埚四周围有一个“正方形”的加热器，可以使用加热元件周围隔热层较平坦的元件隔热。在不锈钢笼里有两层隔热介质，由3个隔热层提升杆支撑不锈钢笼。隔热层由石墨制成的，故能降低成本且便于更换。隔热元件相互交叠以免不期望的热量损失。3

3、个石墨杆从下腔室支撑巨大的DS-Block石墨块。DS-Block为长晶循环提供了调制控制器和热能辐射表面。DS-Block下面有一个双倍厚的扁平隔热板，能隔绝熔化阶段的热区。3个提升杆能上下提升隔热笼，露出DS-Block底部，从而冷却下腔室的四壁。这样热区内就形成了一个竖直的温度梯度使硅锭从熔体底部向顶部开始长晶。,运行界面,运行一个自动循环,启动一个自动循环前，检查浏览屏幕顶部中间方框里名称说明的内装配方是否正确。 如果没有配方的名字或者名字错误，按下屏幕底部的模式按钮后再按下装入配方钮，从显示的清单中选择一个正确的名字。,配方选择,启动窗口,运行前检查项目,按下模式按钮，再按下主参数钮

4、，检查所有的值是否正确。 按下报警钮，确认没有任何报警状态。 返回到浏览屏幕，确认8个水路中都有适量的水流。 按下模式钮后再按下自动钮，你能听到加热器电源接触器闭合的声音，可以看见自动钮旁边的绿色按钮。,运行前检查项目,打开降压检查屏幕。 在屏幕顶部的数据登陆信息将会闪烁。,进行一系列的检查并确认一切都处于正确状态后才开始运行自动程序。每一步操作结束后，淡绿色的灯会变成深绿色。监控罗茨泵打开（只有在真空模式时才打开）的时间以保证固有压力的正确性。同时监控炉子的整个降压时间即剩下的降压时间（秒）减去达到固有压力后的降压时间。只有在手动屏幕上才能显示达到固有压力的时间（分钟）和整个降压抽气的时间。

5、,运行前检查项目,一旦剩下的抽气时间降到0，将会关闭罗茨泵并开始测试压力上升率。 如果系统出现水流报警，炉子在允许时间内不会降到固有压力或者不会正确地进行压力上升率的测试，在屏幕右边会显示对应的信息。,降压检测,加热,加热的概念就是在尽可能短的时间内将石墨块和硅料加热到尽可能高的温度。 因为当温度低于1000时，温度控制就不能稳定地控制温度，所以不能用来控制炉子的温度，必须在在功率控制模式下进行加热。 在真空中完成长晶期间的所有阶段，这样可以烘焙石墨块和隔热层吸收的水分且从硅料表面蒸发出去。,加热,利用功率控制模式加热石墨块内部件（包括加热器，坩埚板，DS-Block和隔热层的内表面）将热量传

6、送给熔体，使熔化温度达到1175（TC1热电偶测量此转换温度）。功率控制模式下的 硅料仍然是黑色的，它的温度一定低于500且隔热层外表面也很冷，所以不会很容易地排出吸收的水分。 当TC1热电偶达到转换到主参数表里“温度控制”时温度后便开始执行温度控制，程序将结束加热，开始熔化过程 。,熔化,仍然在真空中完成熔化循环的第一个阶段以烘干水分。保持恒定温度（1175）长达1.5个小时使硅料温度与石墨块温度相同且排出水分，油和油脂。 然后，在几个较短的阶段里将压力增加到规定值，继续熔化和生长再经过几个阶段以防激活压力偏差报警。在此期间，温度按一定斜率发生微变，这样可以尽可能缩短整个循环时间。,熔化,温

7、度按一定斜率上升到最后的熔化温度1540且在规定的时间内一直保持这个温度，使硅料完全熔化。,熔化,在随后的两个阶段后开始熔化，首先在温度按一定斜率上升阶段结束时做一些更改，再设定功率值。上述操作历时2个小时，在熔化阶段结束时，缓慢地线形降低功率值。DS-Block温度也很稳定，已经达到了“平稳状态”（在这种状态下，温度变化极小）。,熔化,在下一个阶段里，利用熔化结束功能激活熔化结束子程序。这个子程序在功率曲线图中寻找一个比主参数表中规定的熔化结束时功率变化率报警值大的变化值。该子程序也在DS-Block中间的热电偶测量温度曲线中寻找一个最小温度。如果找到的每一个参数都令人满意，将会打开一个窗口

8、命令操作工确认熔化已经结束。因为不再需要额外的功率增加熔化温度，所以当最后一块硅料已经熔化时，开始降低功率值。当开始加热到硅料熔点以上的温度时，因为某些原因开始增加DS-Block温度。,熔化,熔化结束时，所有的硅料都已经达到了熔点（约1420），但是因为在坩埚边缘加热（不是在坩埚中央加热），所以坩埚边缘区域温度比中央温度更高，由此产生的对流使熔体出现扰动，所以你必须从视孔中查看顶部是否有浮动的熔体。既然没有其它的搅拌方法使熔体温度更均匀，所以坩埚边缘的温度比中间温度高。,熔化,缓慢熔化比较好，但是如果限定了整个循环时间，很可能不允许缓慢熔化。坩埚边缘和熔体底部温度比坩埚中央温度高，这样能够加

9、快坩埚和涂层与硅料之间的化学反应速度。低温熔化和缓慢熔化肯定是有好处的，但是每一个用户都会考虑整个循环时间对硅锭性能的影响，从而决定如何平衡两者之间的关系。,熔化,在熔化循环的最后2个或者3个阶段里，只是尽快地降低温度以便打开隔热层进入长晶循环。,长晶,在第1个阶段里，温度稍微降低，隔热层开始打开。 在下面两个阶段里，隔热层完全打开，开始长晶，温度也下降1或处于保温状态。在第二个阶段里开始形成晶核和长晶，长晶率每小时增加约2cm。隔热层打开，从熔体底部到顶部形成一个温度梯度。,长晶,在倒数第2个阶段里，完成中间长晶过程，操作工/中间长晶结束子程序将使长晶过程到达最后一个阶段。在最后一个阶段里，

10、激活边角长晶结束专用功能以探测所有硅料的凝固时间。这个子程序利用设定功率曲线图预测生长结束的时间。当中间长晶结束后，因为不会释放熔化的热量来增加加热器的热能，所以需要增加功率使硅锭保持同样的温度。在边角长晶期间，功率值一直在增加，当所有硅料已经凝固时，功率保持不变。,中心长晶报警屏幕,退火,当最后一个硅块凝固时，从凝固硅锭的底部到顶部存在一个明显的温度梯度。这个温度梯度在硅锭内部产生应力或者极小的应力裂纹。在这种状态下，如果将硅锭冷却到室温，在带锯或者线锯上切割时，会看到这些裂纹。 可以增加整个硅锭的温度来消除应力，很容易地将应力传递到坩埚上，在一个临界（边缘）温度下消除应力-这个温度约为13

11、00。,退火,在退火循环的第1个阶段，关闭隔热层，使硅锭里的温度梯度最均匀，用DS-Block中间的热电偶TC2测量硅锭的实际温度。 保持这个温度1.5-3个小时以消除“长晶”应力，然后将炉子转换到功率控制模式。 炉子转换到功率控制模式后，功率按一定曲线减小到第3阶段里的最后功率值 ，这样在冷却期间，硅锭顶部和底部温度就会更均匀。,冷却,硅锭和内部元件在氦气中的冷却速度最快，其次是氩气，在真空中的冷却速度最慢。使用氦气避免硅锭内部出现应力裂纹（因为冷却速度极快）时，必须注意-硅锭外部比中间更冷，所以可能产生另一个有害的温度梯度。 冷却的第1个阶段里，在氩气中，设定功率降到0。继续平缓地冷却1000以上的硅锭并且防止硅锭顶部比底部冷却地更快。 第2个阶段里，在真空中排出氩气-大约10-15分钟。 在第3-6个阶段里，通入氦气，压力逐渐增加到600mbar。,冷却,在第7个阶段里，隔热层运动1-1.5个小时后，运动到10-15cm处。 在第8个阶段里，隔热层继续运动1.5个小时，运动到25-30cm处。,冷却,第9个阶段需要更长时间（4-6个小时）