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晶体硅的制备方法

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摘要:晶体硅的制备方法
单晶硅材料是非常中药店晶体硅材料,根据生长方式的不同,可以分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面,只占单晶硅市场很小的一部分,在国际市场上约占10%左右;而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面,是单晶硅的主题。与区熔单晶硅相比,直拉单晶硅的制造成本相对较低,机械强度较高,易制备大直径单晶。所以,太阳能电池领域主要应用直拉单晶硅,而不是区熔单晶硅。

直拉单晶硅的制备工艺一般包括:

1、多晶硅的装料和熔化,2、种晶,3、缩颈,4、放肩,5、等径生长,6、收尾等

1、多晶硅的装料和熔化

首先将高纯多晶硅粉碎至适当的大小,并在硝酸和氢氟酸的混合酸液中清洗外表面,以去可能的金属杂质,然后放入高纯的石英坩埚中。在装料完成后,将坩埚放入单晶炉中,然后将单晶炉抽成一定真空,再冲入一定流量和压力的保护气,最后给炉体加热升温,加热温度超过硅材料的熔点,使其熔化。

2、种晶

多晶硅熔化后,保温一段时间,是熔硅的温度和流动达到稳定,然后进行晶体生长。在晶体生长时,首先将单晶籽晶固定在旋转的籽晶轴上,然后将籽晶缓慢下降,距液面数毫米处暂停片刻,使籽晶温度尽量接近熔硅温度,以减少可能的热冲击;接着将籽晶轻轻浸入熔硅,使头部首先少量溶解,然后和熔硅形成一个固液界面;随后,籽晶逐步上升,与籽晶相连并离开固液界面的硅温度降低,形成单晶硅,此阶段成为“种晶”。

3、缩颈

种晶完成后,籽晶将快速向上提升,晶体生长速度加快,新结晶的单晶硅的直径将比籽晶的直径小,可达3mm左右,其长度约为此时晶体直径的6-10倍,成为“缩颈”阶段。

4、放肩

在“缩颈”完成后,晶体硅的生长速度大大放慢,此时晶体硅的直径急速增大,从籽晶的直径增大到所需的直径,形成一个近108°的夹角,此阶段成为“放肩”。

5、等径生长

当放肩达到的预定晶体直径时,晶体生长速度加快,并保持几乎固定的速度,使晶体保持固定的直径生长。此阶段成为“等径”。

6、收尾

在晶体生长结束时,晶体硅的生长速度再次加快,同时升高硅熔体的温度,使得晶体硅的直径不断缩小,形成一个圆锥形,最终晶体硅离开液面,单晶硅生长完成,最后的这个阶段称为“收尾”。

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