多晶硅真空定向凝固制備硅錠的熱場模擬與提純研究.pdf

1、在多晶硅定向凝固制備鑄錠工藝中，通過熱場控制獲得硅熔體固-液界面處的分凝效應使金屬雜質(zhì)聚集在硅錠的頂部和底部，多晶硅得到進一步純化。本文重點探究熱場工藝參數(shù)和真空度對晶體生長的影響。通過調(diào)節(jié)熱場工藝參數(shù)中的發(fā)熱體溫度和坩堝下拉高度，探究定向凝固條件下的長晶速度、晶粒形貌和提純效果，通過實驗手段探究真空條件對于循環(huán)料中金屬雜質(zhì)和夾雜相的分布特性和遷移機理，主要研究結果如下:
　　1、建立三維瞬態(tài)熱場模型探究，研究表明:當坩堝下拉速率

2、不變時，長晶速率隨著發(fā)熱體溫度升高呈線性降低;當發(fā)熱體溫度不變時，長晶速率隨著坩堝下拉速度降低呈指數(shù)下降。
　　2、硅錠中柱狀晶生長良好，晶體形態(tài)完整，極少出現(xiàn)因熱場不穩(wěn)定導致的晶粒斷裂。晶粒直徑一般在5～15mm之間，長度在100～200mm之間，生長形貌整體呈現(xiàn)較為整齊的柱狀晶，但靠近坩堝的側壁出現(xiàn)厚度為20mm細微側長晶現(xiàn)象，但不影響提純效果。實驗檢測表明熱場工藝將Fe含量300ppm wt的原料提純到1ppm wt，出成率

3、為85％。通過硅錠徑向、軸向和坩堝側壁的濃度分析，證實通過控制熱場參數(shù)可有效控制原料提純效果。
　　3、在長晶階段采用不同的真空工藝條件探究真空條件對循環(huán)料中雜質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)非揮發(fā)性金屬雜質(zhì)（比如Fe）的分布基本不受真空條件影響，揮發(fā)性金屬雜質(zhì)(比如Al，Ca，Na)和夾雜相的分布受真空條件影響很大。在真空初期，大量揮發(fā)性金屬雜質(zhì)脫離夾雜相表面，導致大尺寸夾雜相和部分金屬雜質(zhì)因重力作用沉積硅錠底部，小尺寸夾雜相和金屬雜質(zhì)依然懸浮在