多晶硅與硅片生產(chǎn)技術(shù)

第1章晶體硅的物理特性

1.1晶體結(jié)構(gòu)

1.2能帶和能級

1.3電學(xué)性質(zhì)

1.3.1本征載流子

1.3.2施主與受主

1.3.3非平衡載流子的產(chǎn)生和復(fù)合

1.3.4電阻率

1.3.5遷移率

1.3.6載流子擴(kuò)散

1.4光學(xué)性質(zhì)

1.4.1吸收系數(shù)

1.4.2折射率和反射率

1.5力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)

1.5.1彈性常數(shù)

1.5.2硬度

1.5.3熱膨脹系數(shù)

1.5.4熱導(dǎo)率

1.6p—n結(jié)

1.6.1擴(kuò)散法

1.6.2離子注入

1.7晶體硅太陽電池常規(guī)結(jié)構(gòu)與工藝

參考文獻(xiàn)

第2章硅源合成工藝

2.1各種硅源的制備技術(shù)

2.1.1硅石

2.1.2冶金級硅

2.1.3三氯氫硅（trichlorosilane：TCS）

2.1.4四氯化硅（SiCl4）

2.1.5二氯二氫硅（SiH2Cl2）

2.1.6硅烷（SiH4）

2.2物理性質(zhì)

2.2.1密度（液態(tài)）

2.2.2蒸氣壓

2.2.3比熱容（液態(tài)）

2.3化學(xué)性質(zhì)

2.3.1安全性

2.3.2著火和爆炸性

2.3.3對材料的腐蝕性

參考文獻(xiàn)

第3章電子級多晶硅的制備

3.1改良西門子法制備多晶硅

3.1.1改良西門子法熱力學(xué)

3.1.2改良西門子法動(dòng)力學(xué)

3.2改良西門子法工藝

3.2.1原料系統(tǒng)

3.2.2反應(yīng)系統(tǒng)

3.2.3尾氣回收

3.2.4SiCl4冷氫化

3.2.5改良西門子法發(fā)展趨勢

3.3其他氯硅烷法制備多晶硅

3.3.1SiH2Cl2制備多晶硅

3.3.2SiCl4制備多晶硅

3.4硅烷法制備多晶硅工藝

3.4.1Asimi工藝

3.4.2MEMC工藝

3.5多晶硅材料的評價(jià)

參考文獻(xiàn)

第4章冶金法太陽級多晶硅提純技術(shù)

4.1冶金法多晶硅的進(jìn)展

4.2冶金法多晶硅的提純工藝

4.2.1金屬硅的冶煉：從礦石到單質(zhì)硅

4.2.2高純金屬硅冶煉工藝

4.2.3爐外精煉

4.2.4濕法冶金

4.2.5真空熔煉與定向凝固

4.3硅料的儲(chǔ)運(yùn)和處理

4.3.1金屬硅的儲(chǔ)運(yùn)和處理

4.3.2爐外精煉的硅料處理

4.3.3濕法硅料的處理

4.3.4真空裝料處理

4.4冶金法多晶硅的生產(chǎn)設(shè)備

4.4.1金屬硅冶煉設(shè)備

4.4.2爐外精煉設(shè)備

4.4.3濕法冶煉設(shè)備

4.4.4真空熔煉與鑄錠設(shè)備

4.4.5物料處理設(shè)備

4.4.6坩堝噴涂與燒結(jié)設(shè)備

4.5冶金法多晶硅的安全生產(chǎn)問題

4.5.1爐外精煉的安全問題

4.5.2濕法冶金的安全生產(chǎn)

4.5.3真空鑄錠時(shí)的安全生產(chǎn)

4.6冶金法多晶硅的應(yīng)用

4.6.1冶金法多晶硅的成本優(yōu)勢

4.6.2冶金法多晶硅的應(yīng)用情況

4.6.3冶金法多晶硅應(yīng)用中存在的問題及對策

4.6.4冶金法多晶硅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

4.6.5冶金法多晶硅的應(yīng)用趨勢

參考文獻(xiàn)

第5章其他太陽級多晶硅提純技術(shù)

5.1流化床法

5.1.1SiH4流化床法

5.1.2TCS流化床法

5.2無氯法

5.3直接冶煉法

5.3.1原材料的處理

5.3.2碳熱還原過程

5.3.3硅的提煉

5.4區(qū)域熔化提純法

5.5氣液沉積法（VLD技術(shù)）

5.6常壓碘化學(xué)氣相傳輸凈化法

5.7電化學(xué)熔鹽電解法

5.7.1熔鹽直接電解SiO2制備多晶硅

5.7.2熔鹽電解精煉冶金硅

5.8其他方法

5.9太陽級硅的存在問題和解決辦法

5.9.1存在問題

5.9.2解決辦法

參考文獻(xiàn)

第6章硅晶體生長工藝

6.1直拉法制備單晶硅

6.1.1直拉法制備單晶硅的原理

6.1.2直拉單晶生長系統(tǒng)簡介

6.1.3直拉法晶體生長工藝

6.2懸浮區(qū)熔法制備單晶硅工藝

6.2.1原理

6.2.2區(qū)熔單晶爐

6.2.3區(qū)熔工藝

6.3多晶硅制備技術(shù)

6.3.1多晶硅生長原理

6.3.2多晶硅鑄錠工藝

6.3.3多晶硅鑄錠爐

6.3.4未來的發(fā)展趨勢

6.4摻雜工藝

6.4.1直拉單晶硅的摻雜

6.4.2區(qū)熔硅單晶的摻雜

6.5帶狀多晶硅制造技術(shù)

6.5.1定邊喂膜帶硅技術(shù)

6.5.2枝蔓蹼狀（DWeb）帶硅技術(shù)

6.5.3SR帶硅技術(shù)

6.5.4RGS帶硅技術(shù)

6.5.5SSP帶硅技術(shù)

參考文獻(xiàn)

第7章硅片生產(chǎn)技術(shù)

7.1外圓加工

7.2內(nèi)圓切割

7.3多線鋸切割技術(shù)

7.3.1多線鋸切割原理

7.3.2多線鋸切割的優(yōu)點(diǎn)

7.3.3多線鋸切割走線方式

7.3.4多線鋸切割漿料

7.3.5多線鋸切割切削液

7.3.6碳化硅

7.3.7影響線切硅片的質(zhì)量因素

7.3.8多線鋸切割設(shè)備的發(fā)展和組成部分

7.3.9硅片加工的發(fā)展趨勢

7.4清洗及腐蝕

7.4.1預(yù)清洗

7.4.2去除硅片表面切割損傷和制絨

7.5硅片絨面制備技術(shù)

7.5.1機(jī)械刻槽工藝

7.5.2等離子刻蝕法

7.5.3光刻技術(shù)

7.5.4電化學(xué)腐蝕法

7.5.5濕化學(xué)腐蝕法

參考文獻(xiàn)

附錄1物理常數(shù)

附錄2晶體硅的部分特性（300K）

附錄3符號一覽表

太陽電池是一種特殊的半導(dǎo)體器件，太陽電池可以實(shí)現(xiàn)太陽光直接轉(zhuǎn)換為電力，是最有發(fā)展前途的可再生能源技術(shù)之一。光伏發(fā)電將在能源構(gòu)成中占有愈來愈重要的地位，光伏發(fā)電正處于形成期，很快進(jìn)入發(fā)展期，作為電能供應(yīng)，在2040年以后有可能成為主導(dǎo)能源。2100年后，光伏發(fā)電以及太陽能熱發(fā)電有望成為人類最主要的電能供應(yīng)形式。晶體硅太陽電池是太陽電池發(fā)電的主流產(chǎn)品，我國通過不到10年時(shí)間的快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界晶體硅電池生產(chǎn)量最大的國家，相信未來晶體硅電池將會(huì)有更大的發(fā)展。

多年來，中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所致力于太陽電池技術(shù)的研究，在研究生培養(yǎng)與科研工作等方面都有突出的表現(xiàn)。近年來結(jié)合教學(xué)與科研工作，研究所的科研人員編著了多本專著，如《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》、《太陽電池》、《納米材料與太陽能利用》等，得到光伏行業(yè)與教育界的認(rèn)可，為光伏行業(yè)人才的培養(yǎng)做出了積極的貢獻(xiàn)。

《多晶硅與硅片生產(chǎn)技術(shù)》全書內(nèi)容由沈輝博士策劃與組織，由工作在第一線的高校、行業(yè)界多名科研與技術(shù)人員共同編寫，其中有些內(nèi)容來自梁宗存、沈輝等用于本科生和研究生教學(xué)的部分講稿內(nèi)容，主要內(nèi)容包括晶體硅的物理性能、硅源合成工藝、高純多晶硅和太陽級硅原料的生產(chǎn)工藝、硅晶體生長工藝和硅片生產(chǎn)技術(shù)等。全書圖文并茂，理論與實(shí)際結(jié)合，特別是針對晶體硅太陽電池技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)與需求，對多晶硅與硅片的新技術(shù)、新發(fā)展做了比較詳細(xì)、系統(tǒng)的介紹。國內(nèi)在這方面的參考書籍，特別是適合大學(xué)教學(xué)與企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員參考的還不多，我認(rèn)為這本書能夠很好地滿足這一市場需求。

20世紀(jì)60年代，我在北京大學(xué)工作期間，有幸能夠與著名物理學(xué)家黃昆教授共事，在黃昆教授的鼓勵(lì)下，我編寫了我國第一本《半導(dǎo)體材料》，已經(jīng)50多年過去了，應(yīng)該說我的那本書培養(yǎng)了好幾代人。從中山大學(xué)退休以后，得到沈輝教授的邀請，在中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所作為顧問，對年輕教師與研究生們做些學(xué)術(shù)指導(dǎo)。本人對于太陽能的利用有很大的興趣，還考察過多晶硅企業(yè)、太陽電池企業(yè)，并遇見了在北京大學(xué)當(dāng)年聽過我講《半導(dǎo)體材料》課程的學(xué)生，他（她）們也都已退休。在這幾十年間我國半導(dǎo)體工業(yè)得到飛速發(fā)展，近些年太陽電池產(chǎn)業(yè)也是突飛猛進(jìn)。我本人感慨萬分，也非常振奮。我希望這本《多晶硅與硅片生產(chǎn)技術(shù)》對于我國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極作用。

莫黨2013年9月30日

《多晶硅與硅片生產(chǎn)技術(shù)》的作者根據(jù)多年的研究和教學(xué)及生產(chǎn)實(shí)踐編寫，內(nèi)容包括硅材料基本特性，制備原理及生產(chǎn)工藝，硅片的生產(chǎn)工藝與技術(shù)，對從事半導(dǎo)體材料研究、太陽電池研究、光伏材料研究和教學(xué)的人員有較好的技術(shù)參考價(jià)值。