TDL-GX硅芯生長爐起草單位

西安電爐研究所有限公司、西安理工晶體科技有限公司等。2100433B

陳巨才、朱琳等。

江南電力光伏科技有限公司，公司引進(jìn)消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)研發(fā)環(huán)保清潔可再生新能源產(chǎn)品——太陽能光伏發(fā)電站和風(fēng)力發(fā)電站的相關(guān)設(shè)備。其中硅單晶生長爐設(shè)備有兩大系列三個(gè)品種，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。生產(chǎn)的單晶硅生長爐（TDR85/95/105-JN）

TDR—JN系列全自動(dòng)晶體生長爐具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是采用直拉法生長P型或N型單晶硅材料的專用設(shè)備。裝料量從95Kg～150Kg，可拉制6"～12"電路級(jí)和太陽能級(jí)單晶硅棒。

首先，把高純度的多晶硅原料放入高純石英坩堝，通過石墨加熱器產(chǎn)生的高溫將其熔化；然后，對(duì)熔化的硅液稍做降溫，使之產(chǎn)生一定的過冷度，再用一根固定在籽晶軸上的硅單晶體（稱作籽晶）插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便會(huì)在籽晶下端生長；接著，控制籽晶生長出一段長為100mm左右、直徑為3～5mm的細(xì)頸，用于消除高溫溶液對(duì)籽晶的強(qiáng)烈熱沖擊而產(chǎn)生的原子排列的位錯(cuò)，這個(gè)過程就是引晶；隨后，放大晶體直徑到工藝要求的大小，一般為75～300mm，這個(gè)過程稱為放肩；接著，突然提高拉速進(jìn)行轉(zhuǎn)肩操作，使肩部近似直角；然后，進(jìn)入等徑工藝，通過控制熱場溫度和晶體提升速度，生長出一定直徑規(guī)格大小的單晶柱體；最后，待大部分硅溶液都已經(jīng)完成結(jié)晶時(shí)，再將晶體逐漸縮小而形成一個(gè)尾形錐體，稱為收尾工藝。這樣一個(gè)單晶拉制過程就基本完成，進(jìn)行一定的保溫冷卻后就可以取出。

直拉法，也叫切克勞斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克勞斯基建立的一種晶體生長方法，用直拉法生長單晶的設(shè)備和工藝比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率高，易于制備大直徑單晶，容易控制單晶中雜質(zhì)濃度，可以制備低電阻率單晶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上硅單晶的產(chǎn)量中70%～80%是用直拉法生產(chǎn)的。

HD系列硅單晶爐的爐室采用3節(jié)設(shè)計(jì)。上筒和上蓋可以上升并向兩邊轉(zhuǎn)動(dòng)，便于裝料和維護(hù)等。爐筒升降支撐采用雙立柱設(shè)計(jì)，提高穩(wěn)定性。支撐柱安裝在爐體支撐平臺(tái)的上面，便于平臺(tái)下面設(shè)備的維護(hù)。爐筒升降采用絲杠提升技術(shù)，簡便干凈。

全自動(dòng)控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，可靠性高，抗干擾性好。雙攝像頭實(shí)時(shí)采集晶體直徑信息。液面測溫確保下籽晶溫度和可重復(fù)性。爐內(nèi)溫度或加熱功率控制方式可選，保證控溫精度。質(zhì)量流量計(jì)精確控制氬氣流量。高精度真空計(jì)結(jié)合電動(dòng)蝶閥實(shí)時(shí)控制爐內(nèi)真空度。上稱重傳感器用于晶棒直徑的輔助控制。伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的混合使用，即可滿足轉(zhuǎn)動(dòng)所需的扭矩，又可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確控制。質(zhì)量流量計(jì)精確控制氬氣流量。

自主產(chǎn)權(quán)的控制軟件采用視窗平臺(tái)，操作方便簡潔直觀。多種曲線和數(shù)據(jù)交叉分析工具提供了工藝實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)。完整的工藝設(shè)定界面使計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)完成幾乎所有的工藝過程。

加熱電源采用綠色縱向12脈沖直流電源。比傳統(tǒng)直流電源節(jié)能近15%。

特殊的溫場設(shè)計(jì)使晶體提拉速度提高20-30%。