單晶硅生產(chǎn)工藝及應(yīng)用的研究畢業(yè)論文

1單晶硅可以用于二極管級(jí)、整流器件級(jí)、電路級(jí)以及太陽能電池級(jí)單晶產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位。在光伏技術(shù)和微小型半導(dǎo)體逆變器技術(shù)飛速發(fā)展的今天，利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽能電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)化為光能，實(shí)現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開始。北京2008年奧運(yùn)會(huì)將把“綠色奧運(yùn)”做為重要展示面向全世界展現(xiàn)，單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環(huán)。現(xiàn)在，國外的太陽能光伏電站已經(jīng)到了理論成熟階段，正在向?qū)嶋H應(yīng)用階段過渡，太陽能硅單晶的利用將是普及到全世界范圍，市場(chǎng)需求量不言而喻。單晶硅產(chǎn)品包括φ3”----φ6”單晶硅圓形棒、片及方形棒、片，適合各種半導(dǎo)體、電子類產(chǎn)品的生產(chǎn)需要，其產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)過當(dāng)前世界上最先進(jìn)的檢測(cè)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)單晶硅的生產(chǎn)工藝和單晶硅的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用前景做相應(yīng)的研究。本文首先對(duì)單晶硅的加工方法、加工工藝做了詳細(xì)的介紹，然后對(duì)以單晶硅為原產(chǎn)品加工出來的不同產(chǎn)品的應(yīng)用做了具體的分析。關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉Ч枭a(chǎn)工藝應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用前景2摘要 3-一單晶硅概述 4-1.基本概念 2.單晶硅的物理性質(zhì) 3.單晶硅的主要用途 5-4.單晶硅研究前景 5.單晶硅市場(chǎng)發(fā)展概況 二單晶硅的生產(chǎn)工藝 (一)多晶硅—制作單晶硅的料 (二)單晶硅的制造過程 (三)直拉法單晶硅工藝 1制造設(shè)備 2.原理簡(jiǎn)介 3.直拉法單晶硅工藝過程 4.改進(jìn)后的直拉 (四)懸浮區(qū)熔法 三單晶硅的應(yīng)用 (一)單晶硅的應(yīng)用前景 (二)單晶硅太陽能電池 1.基本結(jié)構(gòu) 2.太陽能電池片制作工藝流程 參考文獻(xiàn) 3單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料，隨著國內(nèi)和國際市場(chǎng)對(duì)單晶硅片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場(chǎng)需求也呈快速增長的趨勢(shì)。單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。直徑越大的圓片，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法(CZ)、區(qū)熔法(FZ)和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長單晶硅棒材，外延法生長單晶硅薄膜。直拉法生長的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在D38英寸。區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。目前晶體直徑可控制在φ36英寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。單晶硅也稱硅單晶，是電子信息材料和光伏行業(yè)中最基礎(chǔ)性材料，屬半導(dǎo)體材料類。單晶硅已滲透到國民經(jīng)濟(jì)和國防科技中各個(gè)領(lǐng)域。硅片直徑越大，技術(shù)要求越高，越有市場(chǎng)前景，價(jià)值也就越高。日本、美國和德國是主要的硅材料生產(chǎn)國。中國硅材料工業(yè)與日本同時(shí)起步，但總體而言，生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對(duì)較低，而且大部分為2.5、3、4、5英寸硅錠和小直徑硅片。中國消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進(jìn)口。但我國科技人員正迎頭趕上，于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅，標(biāo)志著我國單晶硅生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。目前，全世界單晶硅的產(chǎn)能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸7000噸。未來幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：1單晶硅產(chǎn)品向300mm過渡，大直徑化趨勢(shì)明顯隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求，適合加工的大直徑硅片在市場(chǎng)中的需求比例將日益加大。目前，硅片主流產(chǎn)品是200mm,逐漸向300mm過渡，研制水平達(dá)到400mm450mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，200mm硅片的全球用量占60左右，150mm占20左右，其余占20左右。Gartner發(fā)布的對(duì)硅片需求的5年預(yù)測(cè)表明，全球300mm硅片將從2000年的1.3增加到2006年的21.1。日、美、韓等國家都已經(jīng)在1999年開始逐步擴(kuò)大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球目前已建、在建和計(jì)劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條，主要分布在美國和我國臺(tái)灣等，僅我國臺(tái)灣就有20多條生產(chǎn)線，其4次是日、韓、新及歐洲。世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)(SEMI)的調(diào)查顯示，2004年和2005年，在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中，投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55和62,投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元，發(fā)展十分迅猛。而在1996年時(shí)，這一比重還僅僅是零。2、硅材料工業(yè)發(fā)展日趨國際化、集團(tuán)化、生產(chǎn)高度集中化研發(fā)及建廠成本的日漸增高，加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢(shì)，使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面，少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場(chǎng)。上世紀(jì)90年代末，日本、德國和韓國(主要是日、德兩國)資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90以上。根據(jù)SEMI提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)商的市場(chǎng)份額顯示，Shiners、家公司占市場(chǎng)總額的比重達(dá)到89,壟斷地位已經(jīng)形成。3、硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的，是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù)，其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI(絕緣體上硅)、Gesso和應(yīng)力硅。目前SOI技術(shù)已開始在世界上被廣SOI泛使用，材料約占整個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的30左右，2010年占到50左右的市場(chǎng)。Suites公司(世界最大的SOI生產(chǎn)商)的2000年~2010年SOI市場(chǎng)預(yù)測(cè)以及2005年各尺寸SOI硅片比重預(yù)測(cè)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。4、硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)半導(dǎo)體芯片集成電路設(shè)計(jì)版圖芯片制造工藝目前世界普遍采用先進(jìn)的切、拋和潔凈封裝工藝，磨、使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本，φ200mm硅片已有50采用線切割機(jī)進(jìn)行切片，不但能提高硅片質(zhì)量，而且可使切割損失減少10。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型，并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外，最新尖端技術(shù)的導(dǎo)入，SOI等高功能晶片的試制開發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對(duì)此，硅片生產(chǎn)廠家也增加了對(duì)300mm硅片的設(shè)備投資，針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化，還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。一單晶硅概述單晶硅是硅的單晶體，是具有基本完整的結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。純度要求達(dá)到99.9999%,甚至達(dá)到99.9999999%以上。單晶硅晶體硬而脆具有金屬光澤，能導(dǎo)電，但導(dǎo)電率不及金屬，局部隨溫度升高而增加，具有半導(dǎo)體性質(zhì)。單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料，在5單晶硅中摻入微量的IIA族元素，形成P型半導(dǎo)體。摻入微量的第vat族元素，形成N型半導(dǎo)體。形成N型和P型導(dǎo)體結(jié)合在一起，就可以做成太陽能電池，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，在開發(fā)電能方面是一種很有前途的材料。(二)單晶硅的物理性質(zhì)硅是地球上儲(chǔ)藏最豐富的材料之一，從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。直到上世紀(jì)60年代開始，硅材料就取代了原有鍺材料。硅材料因其具有耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件的特性而成為應(yīng)用最多的一種半導(dǎo)體材料，目前的集成電路大多數(shù)是用硅材料制造的。熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成p型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的VA族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成n型硅半導(dǎo)體。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。(三)單晶硅的主要用途在日常生活里，單晶硅可以說無處不在，電視、電腦、冰箱、電話、手表、汽車，處處都離不開單晶硅材料，單晶硅作為科技應(yīng)用普及材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活中各個(gè)角落。人類在征服宇宙的征途上，所取得的每一步進(jìn)步，都有著單晶硅的身影。航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星都要以單晶硅作為必不可少的原材料。直拉單晶硅產(chǎn)品，可以用于二極管級(jí)、整流器件級(jí)、電路級(jí)以及太陽能電池級(jí)單晶產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位(四)單晶硅研究前景日本、美國和德國是主要的硅材料生產(chǎn)國。中國硅材料工業(yè)與日本同時(shí)起步，但總體而言，生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對(duì)較低，而且大部分為2.5、3、4、5英寸硅錠和小直徑硅片。中國消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進(jìn)口。但我國科技人員正迎頭趕上，于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅，標(biāo)志著我國單晶硅生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。目前，全世界單晶硅的產(chǎn)能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸7000噸。未來幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：1.微型化隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求，適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場(chǎng)中的需求比例將日益加大。目前，硅片主6流產(chǎn)品是200mm,逐漸向300mm過渡，研制水平達(dá)到400mm450mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，200mm硅片的全球用量占60左右，150mm占20左右，其余占20左右。Gartner發(fā)布的對(duì)硅片需求的5年預(yù)測(cè)表明，全球300mm硅片將從2000年的1.3增加到2006年的21.1。日、美、韓等國家都已經(jīng)在1999年開始逐步擴(kuò)大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球目前已建、在建和計(jì)劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條，主要分布在美國和我國臺(tái)灣等，僅我國臺(tái)灣就有20多條生產(chǎn)線，其次是日、韓、新及歐洲。世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)(SEMI)的調(diào)查顯示，2004年和2005年，在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中，投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55和62,投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元，發(fā)展十分迅猛。而在1996年時(shí)，這一比重還僅僅是零。2.國際化、集團(tuán)化、集中化研發(fā)及建廠成本的日漸增高，加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢(shì)，使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面，少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場(chǎng)。上世紀(jì)90年代末，日本、德國和韓國(主要是日、德兩國)資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90以上。根據(jù)SEMI提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)商的市場(chǎng)份額顯示，Shiners、SUMCO、Wackier、MEMC、Komatsu等5家公司占市場(chǎng)總額的比重達(dá)到89,壟斷地位已經(jīng)形成。3.硅基材料隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的，是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù)，其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI、Gesso和應(yīng)力硅。目前SOI技術(shù)已開始在世界上被廣泛使用，SOI材料約占整個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的30左右，預(yù)計(jì)到2010年將占到50左右的市場(chǎng)。Suites公司(世界最大的SOI生產(chǎn)商)的2000年2010年SOI市場(chǎng)預(yù)測(cè)以及2005年各尺寸SOI硅片比重預(yù)測(cè)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。4.硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)半導(dǎo)體芯片集成電路設(shè)計(jì)版圖芯片制造工藝目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本，φ200mm硅片已有50采用線切割機(jī)進(jìn)行切片，不但能提高硅片質(zhì)量，而且可使切割損失減少10。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型，并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外，最新尖端技術(shù)的導(dǎo)入，SOI等高功能晶片的試制開發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對(duì)此，硅片生產(chǎn)廠家也增加了對(duì)300mm硅片的設(shè)備投資，針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化，還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。硅是地殼中賦存最高的固態(tài)元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體硅，多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價(jià)主要為4價(jià)，其次為2價(jià)；在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于單一的強(qiáng)酸，易溶于堿；在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多元素化合。硅材料資源豐富，又是無毒的單質(zhì)半導(dǎo)體材料，較易制作大直徑無位錯(cuò)低微缺陷單晶。晶體力學(xué)性能優(yōu)越，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍將成為半導(dǎo)體的主體材料。多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列7的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。(五)單晶硅市場(chǎng)發(fā)展概況2007年，中國市場(chǎng)上有各類硅單晶生長設(shè)備1500余臺(tái)，分布在70余家生產(chǎn)企業(yè)。2007年5月24日，國家“863”計(jì)劃超大規(guī)模集成電路(IC)配套材料重大專項(xiàng)總體組在北京組織專家對(duì)西安理工大學(xué)和北京有色金屬研究總院承擔(dān)的“TDR-150型單晶爐(12英寸MCZ綜合系統(tǒng))”完成了驗(yàn)收。這標(biāo)志著擁有蜘蛛知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大尺寸集成電路與太陽能用硅單晶生長設(shè)備，在我國首次研制成功。這項(xiàng)產(chǎn)品使中國能夠開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵制造技術(shù)與單晶爐生產(chǎn)設(shè)備，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，初步改變了在晶體生長設(shè)備領(lǐng)域研發(fā)制造受制于人的局面。硅材料市場(chǎng)前景廣闊，中國硅單晶的產(chǎn)量、銷售收入近幾年遞增較快，以中小尺寸為主的硅片生產(chǎn)已成為國際公認(rèn)的事實(shí)，為世界和中國集成電路、半導(dǎo)體分立器件和光伏太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。二單晶硅的生產(chǎn)工藝(一)多晶硅——制作單晶硅的原料單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。多晶硅材料是制備單晶硅的唯一原料和生產(chǎn)太陽能電池的原料，是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。多晶硅按純度分類可以分為冶金級(jí)(工業(yè)硅)、太陽能級(jí)、電子級(jí)。(1)冶金級(jí)硅(MG):是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成。一般含Si為90-95以上，高達(dá)99.8以上。(2)太陽級(jí)硅SG:純度介于冶金級(jí)硅與電子級(jí)硅之間，至今未有明確界定。一般認(rèn)為含Si在99.99-99.9999(4～6個(gè)9)。純達(dá)到99.999999999.999999999(911個(gè)9)。其導(dǎo)電性介于104—1010歐厘米。多晶硅是半導(dǎo)體工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)的最主要、最基礎(chǔ)的功能性材料。主要用做半導(dǎo)體的原料，是制做單晶硅的主要原料，可作各種晶體管、整流二極管、可控硅、太陽能電池、集成電路、電子計(jì)算機(jī)芯片以及紅外探測(cè)器等。多晶硅生產(chǎn)技術(shù)主要有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。正在研發(fā)的還有冶金法、氣液沉積法、重?fù)焦鑿U料法等制造低成本多晶硅的新工藝。8世界上85%的多晶硅是采用改良西門子法生產(chǎn)的，其余方法生產(chǎn)的多晶硅僅占15%。西門子法(三氯氫硅還原法)是以Hall(或Cl2、H2)和冶金級(jí)工業(yè)硅為原料，將粗硅(工業(yè)硅)粉與Hall在高溫下合成為SiHCl3,然后對(duì)SiHC13進(jìn)行化學(xué)精制提純，接著對(duì)SiHCL3進(jìn)行多級(jí)精餾，使其純度達(dá)到9個(gè)9以上，其中金屬雜質(zhì)總含量應(yīng)降到0.1ppba以下，最后在還原爐中在1050℃的硅芯上用超高純的氫氣對(duì)SiHCL3進(jìn)行還原而長成高純多晶硅棒。(二)單晶硅的制造過程單晶硅的生產(chǎn)過程包括以下幾個(gè)步驟：加料—→熔化—→縮頸生長—→放肩生長—→等徑生長—→尾部生長(1)加料：將多晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi)，雜質(zhì)依電阻的N或P型而定。雜質(zhì)種類有硼，磷，銻，砷。(2)熔化：加完多晶硅原料于石英堝內(nèi)后，長晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氬氣使之維持一定壓力范圍內(nèi)，然后打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度(1420℃)以上，將多晶硅原料熔化。(3)縮頸生長：當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。由于籽晶與硅熔體場(chǎng)接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用縮頸生長使之消失掉。縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小(4—6mm)由于位錯(cuò)線與生長軸成一個(gè)交角，只要縮頸夠長，位錯(cuò)便能長出晶體表面，產(chǎn)生零位錯(cuò)的晶體。(4)放肩生長：長完細(xì)頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。(5)等徑生長：長完細(xì)頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調(diào)整，可使晶棒直徑維持在正負(fù)2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶硅片取自于等徑部分。(6)尾部生長：在長完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)位錯(cuò)與滑移線。于是為了避免此問題的發(fā)生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點(diǎn)而與液面分開。這一過程稱之為尾部生長。(三)直拉法單晶硅工藝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，用直拉發(fā)生長單晶的設(shè)備和工藝比較簡(jiǎn)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)1.制造設(shè)備單晶硅生長爐是通過直拉法生產(chǎn)單晶硅的制造設(shè)備。主要由主9機(jī)、加熱電源和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)三大部分組成。在國內(nèi)，單晶硅生長爐主要有江南電力光伏科技有限公司生產(chǎn)的單晶硅生長爐(TDR85/95/105-JN),上虞晶盛機(jī)電工程有限公司生產(chǎn)的IJS系列TDR80A,TDR80B,TDR85A,TDR95A型全自動(dòng)晶體生長爐，中國西安理工大學(xué)研究所生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有TDR-62B、TDR-70B、TDR-80。(1)主機(jī)部分機(jī)架，雙立柱雙層水冷式結(jié)構(gòu)爐體水冷式閥座晶體提升及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)坩堝提升及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)氬氣系統(tǒng)真空及自動(dòng)爐壓檢測(cè)控制水冷系統(tǒng)及多種安全保障裝置留有二次加聊口(2)加熱器電源全水冷電源裝置采用專利電源或原裝進(jìn)口IGBT及超快恢復(fù)二極管等功率器件。配以特效高頻變壓器，構(gòu)成新一代高頻開關(guān)電源。采用移相全橋軟開關(guān)(IVS)及CPU獨(dú)立控制技術(shù)，提高了電能轉(zhuǎn)換效率，不需要功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。(3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC和上位工業(yè)平板電腦PC機(jī)，配置大屏幕觸摸式HMI人機(jī)界面、高像素CCD測(cè)徑ADC系統(tǒng)和具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“全自動(dòng)CZ法晶體生長SCADA監(jiān)控系統(tǒng)”,可實(shí)現(xiàn)從抽真空—檢漏—爐壓控制—熔料—穩(wěn)定—溶接—引晶—放肩—轉(zhuǎn)肩—等徑—收尾—停爐全過程自動(dòng)控制。2.原理簡(jiǎn)介首先，把高純度的原料多晶硅放入高純石英坩堝，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(chǎng)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。3.直拉法單晶硅工藝過程(1)工藝過程—引晶：通過電阻加熱，將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶—縮頸：生長一定長度的縮小的細(xì)長頸的晶體，以防止籽晶中的位錯(cuò)延伸到—放肩：將晶體控制到所需直徑；—等徑生長：根據(jù)熔體和單晶爐情況，控制晶體等徑生長到所需長度；—收尾：直徑逐漸縮小，離開熔體；—降溫：降低溫度，取出晶體，待后續(xù)加工。(2)生產(chǎn)過程中要注意的幾個(gè)基本問題a.最大生長速度晶體生長最大速度與晶體中的縱向溫度梯度、晶體的熱導(dǎo)率、晶體密度有關(guān)。提高晶體中的溫度梯度，可以提高晶體生長速度；但溫度梯度太大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體缺陷的形成，甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋。為了降低位錯(cuò)密度、晶體實(shí)際生長速度往往低于最大生長速度。b.熔體中的對(duì)流相互相反旋轉(zhuǎn)的晶體(順時(shí)針)和坩堝所產(chǎn)生的強(qiáng)制對(duì)流是由離心力和向心力，最終由熔體表面張力梯度所驅(qū)動(dòng)的。所生長的晶體的直徑越大(坩堝越大),對(duì)流就越強(qiáng)烈，會(huì)造成熔體中溫度波動(dòng)和晶體局部回熔，從而導(dǎo)致晶體中的雜質(zhì)分布不均勻?qū)嶋H生產(chǎn)中，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一般比坩堝快1—3倍，晶體和坩堝彼此的相互反向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致熔體中心區(qū)與外圍區(qū)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于在固液界面下方形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，有利于晶體穩(wěn)定生長。c.生長界面形狀(固液界面)固液界面形狀對(duì)單晶均勻性、完整性有重要影響，正常情況下，固液界面的宏觀形狀應(yīng)該與熱場(chǎng)所確定的熔體等溫面相吻合。在引晶、放肩階段，固液界面凹向熔體，單晶等徑生長后，界面先變平后再凸向熔體。通過調(diào)整拉晶速度，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)速度就可以調(diào)整固液界面形狀。d.生長過程中各階段的差異直拉法的引晶階段的熔體高度最高，裸露坩堝壁的高度最小，在晶體生長過程直到收尾階段，裸露坩堝壁的高度不斷增大，這樣造成生長條件不斷變化(熔體的對(duì)流、熱傳輸、固液界面形狀等),即整個(gè)晶錠從頭到尾經(jīng)歷不同的熱歷史；頭部受熱時(shí)間最長，尾部最短，這樣會(huì)造成晶體軸向、徑向雜質(zhì)分布不均勻。4.改進(jìn)后的直拉改進(jìn)的直拉技術(shù)主要有磁控直拉技術(shù)、連續(xù)生長技術(shù)、液體覆蓋直拉技術(shù)。(1)磁控直拉技術(shù)在直拉法中，氧含量及其分布是非常重要又難于控制的參數(shù)，主要是熔體中的熱對(duì)流加劇了熔融硅與石英坩堝的作用，即坩堝中的氧、硼、鋁等雜質(zhì)易于進(jìn)入熔體和晶體。熱對(duì)流還會(huì)引起熔體中的溫度波動(dòng)，導(dǎo)致晶體中形成雜質(zhì)條紋和旋渦缺陷。半導(dǎo)體熔體都是良導(dǎo)體，對(duì)熔體施加磁場(chǎng)，熔體會(huì)受到與其運(yùn)動(dòng)方向相反的洛倫磁力作用，可以阻礙熔體中的對(duì)流，這相當(dāng)于增大了熔體中的粘滯性。在生產(chǎn)中通常采用水平磁場(chǎng)、垂直磁場(chǎng)等技術(shù)。磁控直拉技術(shù)于直拉法相比所具有的優(yōu)點(diǎn)在于減少了熔體中的溫度波動(dòng)。一般直拉法中固液界面附近熔體中的溫度波動(dòng)達(dá)10C以上，而施加0.2T的磁場(chǎng)，其溫度波動(dòng)小于1C。這樣可明顯提高晶體中雜質(zhì)分布的均勻性，晶體的徑向電阻分布均勻性也可以得到提高；降低了單晶中的缺陷密度；減少了雜質(zhì)的進(jìn)入，提高了晶體的純度。這是由于在磁場(chǎng)作用下，熔融硅坩堝的作用減弱，使坩堝中的雜質(zhì)較少進(jìn)入熔體和晶體。將磁場(chǎng)技術(shù)與晶體轉(zhuǎn)動(dòng)、坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)等工藝參數(shù)結(jié)合起來，可有效控制晶體中氧濃度的變化；由于磁粘滯性，使擴(kuò)散層厚度增大，可提高雜質(zhì)縱向分布均勻性：有利于提高生產(chǎn)率。采用磁控直拉技術(shù)，如用水平磁場(chǎng)，當(dāng)生長速度為一般直拉法兩倍時(shí)，仍可得到質(zhì)量較高的晶體。磁控直拉技術(shù)主要用于制造電荷耦合(CCD)器件和一些功率器件的硅單晶。也可用于GaAs、GaSb等化合物半導(dǎo)體單晶的生長。(2)為了提高生產(chǎn)率，節(jié)約石英坩堝(在晶體生產(chǎn)中占相當(dāng)比例),發(fā)展了連續(xù)直拉生長技術(shù)，主要是重新裝料和連續(xù)加料兩種技術(shù)：重新加料直拉生長技術(shù)：可節(jié)約大量時(shí)間(生長完畢后的降溫、開爐、裝爐等):一個(gè)坩堝可用多次。連續(xù)加料直拉生長技術(shù)：除了具有重新裝料的優(yōu)點(diǎn)外，還可保持整個(gè)生長過程中熔體的體積恒定，提高基本穩(wěn)定的生長條件，因而可得到電阻率縱向分布均勻的單晶。連續(xù)加料直拉生長技術(shù)有兩種加料法：連續(xù)固體送料和連續(xù)體送料法。(3)液體覆蓋直拉技術(shù)液體覆蓋直拉技術(shù)是對(duì)直拉法的一個(gè)重大改進(jìn)，用此法可以制備多種含有揮發(fā)性組元的化合物半導(dǎo)體單晶。主要原理：用一種惰性液體(覆蓋劑)覆蓋被拉制材料的熔體，在晶體生長室內(nèi)充入惰性氣體，使其壓力大于熔體的分解壓力，以抑制熔體中揮發(fā)性租元的蒸發(fā)損失，這樣就可按通常的直拉技術(shù)進(jìn)行單晶生長。對(duì)惰性液體(覆蓋劑)的要求：密度小于所拉制的材料，既能浮在熔體表面之上；對(duì)熔體和坩堝在化學(xué)上必須是惰性的，也不能與熔體混合，但要能浸晶體和坩堝；熔點(diǎn)要低于被拉制的材料且蒸汽壓很低；有較高的純度，熔融狀態(tài)下透明。廣泛使用的覆蓋劑為三氧化二硼，密度1.8g/立方厘米，軟化溫度450C,在1300C時(shí)蒸汽壓僅為13Pa,透明性好，粘滯性也好。此種技術(shù)可用于生長GaAs、InP、GaP(四)懸浮區(qū)熔法懸浮區(qū)熔法是在20世紀(jì)50年代提出并很快被拉應(yīng)用到晶體制備技術(shù)中，主要于提純和生長硅單晶?；驹恚阂揽咳垠w的表明張力，使熔區(qū)懸浮于多晶硅棒與下方生長出的單晶之間，通過熔區(qū)向上移動(dòng)而進(jìn)行提純和生長單晶。不使用坩堝，單晶生長過程不會(huì)被坩堝材料污染，由于雜質(zhì)分凝和蒸汽效應(yīng)，可以生長出高電阻率硅單晶。在懸浮區(qū)熔法中，使圓柱形硅棒固定于垂直上方，用高頻感應(yīng)線圈在氬氣氣氛中加熱，使棒的底部和在其下部靠近的同軸固定的單晶籽晶間形成熔滴，這兩個(gè)棒朝相反方向旋轉(zhuǎn)。然后將在多晶棒與籽晶間只靠表面張力形成的熔區(qū)沿棒長逐步向上移動(dòng)，將其轉(zhuǎn)換成單晶懸浮區(qū)熔法制備的單晶硅氧含量和雜質(zhì)含量很低，經(jīng)過多次區(qū)熔提煉，可得到低氧高阻的單晶硅。如果把這種單晶硅放入核反應(yīng)堆，由中子嬗變慘雜法對(duì)這種單晶硅進(jìn)行慘雜，那么雜質(zhì)將分布得非常均勻。這種方法制備的單晶硅的電阻率非常高，特別適合制作電力電子器件。目前懸浮區(qū)熔法制備的單晶硅僅占有很小市場(chǎng)份額。三.單晶硅的應(yīng)用(一)單晶硅的應(yīng)用前景單晶硅建設(shè)項(xiàng)目具有巨大的市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展空間。在地殼中含量達(dá)25.8%的硅元素，為單晶硅的生產(chǎn)提供了取之不盡的源泉。近年來，各種晶體材料，等特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱，并使信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中增長最快的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。單晶硅作為一種極具潛能，亟待開發(fā)利用的高科技資源，正引起越來越多的關(guān)注和重視。與此同時(shí)，鑒于常規(guī)供給的能源有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家正掀起開發(fā)利用太陽能的熱潮并成為各國制定可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。在跨入21世紀(jì)門檻后，世界大多數(shù)國家踴躍參與，以致在全球范圍掀起了太陽能開發(fā)利用的“綠色能源熱”,一個(gè)廣泛的大規(guī)模的利用太陽能的時(shí)代正在來臨，太陽能級(jí)單晶硅產(chǎn)品也將因此炙手可熱。此外，包括我國在內(nèi)的各國政府也出臺(tái)了一系列“陽光產(chǎn)業(yè)”的優(yōu)惠政策，給予相關(guān)行業(yè)重點(diǎn)扶持，單晶硅產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出美好的發(fā)展前景。(二)單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽電池，它的構(gòu)成和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于宇宙空間和地面設(shè)施。這種太陽電池以高純的單晶硅棒，材料性指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過拉制成太陽電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚度約0.3毫米。硅片經(jīng)過成形、拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。1.基本結(jié)構(gòu)0.5mhupn結(jié)0.25xm背電極圖1太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理硅片清洗硅片清洗絨面制備擴(kuò)散前清洗磷擴(kuò)散背電極印刷去除背結(jié)周邊刻蝕減反射膜制備測(cè)試分檔燒結(jié)圖2晶體硅太陽能電池的制造工藝流程生產(chǎn)電池片的工藝比較復(fù)雜，一般要經(jīng)過硅片檢測(cè)、表面制絨、擴(kuò)散制結(jié)、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結(jié)和檢測(cè)分裝等主要(1)硅片檢測(cè)硅片是太陽能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的高低，因此需要對(duì)料硅片進(jìn)行檢測(cè)。該工序主要用來對(duì)硅片的一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量，這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動(dòng)上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個(gè)檢測(cè)模塊。其中，光伏硅片檢測(cè)儀對(duì)硅片表面不平整度進(jìn)行檢測(cè)；同時(shí)檢測(cè)硅片的尺寸和對(duì)角線等外觀參數(shù)；微裂紋檢測(cè)模塊用來檢測(cè)硅片的內(nèi)部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測(cè)模組，其中一個(gè)在線測(cè)試模組主要測(cè)試硅片體電阻率硅片類型；另一個(gè)模塊用于檢測(cè)硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測(cè)之前，需要先對(duì)硅片的對(duì)角線、微裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并自動(dòng)剔除破損硅片。硅片檢測(cè)設(shè)備能夠自動(dòng)裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測(cè)精度和效率。(2)表面制絨單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價(jià)的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來制備絨面硅，腐蝕溫度為70—85C,為了獲得均勻的絨面還應(yīng)在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為洛合劑，以加快硅的腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20—25um,在腐蝕絨面后，進(jìn)行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片都不宜在水中久存，以防玷污，應(yīng)盡快擴(kuò)散制結(jié)。(3)擴(kuò)散制結(jié)太陽能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴(kuò)散源。把P型硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在850---900攝氏度高溫下使用氮?dú)鈱⑷妊趿讕胧⑷萜鳎ㄟ^三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，形成了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種方法制出的PN結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于百分之十，少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太多電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因?yàn)檎荘N結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。(4)去磷硅玻璃該工藝用于太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的洛和物云氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴(kuò)散過程中，三氯氧磷與氧氣反應(yīng)生產(chǎn)五氧化二磷淀積在硅片表面。五氧化二磷與硅反應(yīng)又生產(chǎn)二氧化硅和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的二氧化硅，稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設(shè)備一般由本體、清洗槽、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)配酸系統(tǒng)等部分組成，主要?jiǎng)恿υ从袣浞崮軌蛉芙舛趸枋且驗(yàn)闅浞崤c二氧化硅反應(yīng)生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會(huì)進(jìn)一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的洛和物六氟硅酸。(5)等離子刻蝕由于在擴(kuò)散過程，即使采用背靠背擴(kuò)散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對(duì)太陽能電池周邊的慘雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應(yīng)氣體四氟化碳的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團(tuán)。活性反應(yīng)基團(tuán)由于擴(kuò)散或者在電場(chǎng)作用下到達(dá)二氧化硅表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。(6)鍍減反射膜拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層氮化硅減反射膜?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品開溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體硅烷和氨氣，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣摺?7)絲網(wǎng)印刷太陽電池經(jīng)過制絨、擴(kuò)散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出；需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個(gè)電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)訂的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內(nèi)，印刷中刮極始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成印刷行程。(8)快速燒結(jié)經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共同溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。燒結(jié)爐分為預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、降溫冷卻三個(gè)階段。預(yù)燒結(jié)階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燃燒階段中燒結(jié)體內(nèi)完成各種物理化學(xué)反應(yīng)，形成電阻率結(jié)構(gòu)，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達(dá)到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結(jié)構(gòu)固定地粘附于基片上。(9)外圍設(shè)備在電池片生產(chǎn)過程中，還需要供電、動(dòng)力、給水、排水、暖通、真空、特氣等外圍設(shè)施。消防和環(huán)保設(shè)備對(duì)于保證安全和持續(xù)發(fā)展也顯得尤為重能力的太陽能電池片生產(chǎn)線，僅工藝和動(dòng)力設(shè)備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)要求達(dá)到中國電子級(jí)水GB/T11446.1-1997中EW-1級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工藝?yán)鋮s水用量也在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15—20攝氏度。真空排氣量在300M/H左右。同時(shí)，還需要大約氮?dú)鈨?chǔ)罐20立方米，氧氣儲(chǔ)罐10立方米。考慮到特殊氣體如硅烷的安全因素還，還需要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)特氣間，以絕對(duì)保證生產(chǎn)安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產(chǎn)的必備設(shè)施。組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。2.太陽電池制作工藝過程(1)電池測(cè)試：由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測(cè)試即通過測(cè)試電池的輸出參數(shù)(電流和電壓)的大小對(duì)其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。(2)正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面(負(fù)極)的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機(jī)可以將