太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程--“缩颈”与“放肩”

去除了表面机械损伤的无位错籽晶，虽然本身不会在新生长的硅晶体中引入位错，但是在籽晶刚碰到液面时，由于热振动可能在晶体中产生位错，这些位错甚至能够延伸到整个晶体。因此，在50年代Dash发明了“缩颈”技术,可以生长无位错的单晶。 　　

硅单晶作为金刚石结构，其滑移系为{111}滑移面的<110>方向。通常硅单晶的生长方向为<111>或<100>，这些方向和滑移面{111}面的夹角分别为36. 16°和19. 28°；—旦位错产生，将会沿着滑移面向体外滑移，如果此时硅单晶的直径很小，位错很快就滑移出硅单晶表面，而不是继续向晶体体内延伸，以保证直拉硅单晶 能无位错生长。 　　

因此“种晶”完成后，籽晶将快速向上提升，晶体生长速度加快，新结晶的硅单晶的直径将比籽晶的直径小，可达到3mm左右，其长度约为此时晶体直径的6～10 倍，称为“缩颈”阶段。但是，缩颈时硅单晶的直径和长度会受到所要生长硅单晶的总重量的限制，如果重量很大，缩颈时的硅单晶直径就不能很细。 　　

但是，随着硅晶体直径的增大，硅晶体的重量也不断增加。在这种情况下，籽晶能否承受晶体重量而不断裂就成为人们关心的问题。尤其是采用“缩颈”技术后，其籽晶半径最小处只有3mm。最近，有研究者提出利用重掺硼单晶或掺锗的重掺硼单晶作为籽晶，利用重掺硼或锗可以抑制种晶过程中位错的产生和增殖的原理，采用“无缩颈”技术，同样可以生长无位错直拉硅单晶。 　　

太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程--“缩颈”，这一步就完成了。 　　

太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程--“放肩” 　　

在“缩颈”完成后，一般会将晶体(籽晶）的提升速度大大降低，使得硅晶体不仅 沿晶体生长方向生长，也使得晶体沿径向方向生长。此时，硅晶体的直径急速增加，从籽晶的直径增长到所需要的直径，这个阶段为“放肩”。而放肩阶段的晶体长度一般要小于最后的晶体直径。 　　

太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程--“放肩”，这一步就完成了。 　　

太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程--“等径” 　

　当放肩达到预定晶体直径时，将晶体的提升速度加快，并保持几乎固定的速度， 此时让硅晶体保持固定的直径生长，此时的阶段称为“等径”。 　　

在硅晶体等径生长时，在保持晶体直径不变的同时，要注意保持单晶的无位错生长。 　　

有两个重要因素可能影响晶体的无位错生长，一是晶体径向的热应力，二是 晶体炉内的细小颗粒。 　

　在硅晶体生长时，坩锅的边缘和坩锅的中央存在着温度差，有一定的温度梯度,使得生长出的硅单晶的边缘和中央也存在温度差，一般而言，这个温度梯度随半径增加呈指数变化,从而导致硅晶体内部存在热应力；同时，晶体离 开固液界面后冷却时，晶体边缘冷却得快，中心冷却得慢,也加剧了热应力；如果热应力超过了位错形成的临界应力，新的位错就能形成。另一方面，从桂晶体表面挥发的SiO气体，在炉体的壁上冷却，形成了SiO颗粒，如果这些颗粒不能及时被排除出炉体，就会掉人硅熔体，最终进人硅晶体，破坏晶格的周期性生长，导致位错的产生。 　　

在等径生长阶段，一旦位错生成，就会导致硅晶体外形的变化，俗称“断苞”。通常，硅晶体在生长时，外形上有一定规则的扁平棱线。如果是〈111>晶向生长，则有三条互成120°夹角的扁平主棱线；如果是<100>晶向生长，硅单晶则有四条互成 90°夹角的扁平棱线。在保持硅晶体单晶生长时，这些棱线应该连续不断；一旦位错产生，棱线将中断。这个现象可在生产中用来判断晶体是否正在无位错生长。 　　

太阳能发电中直拉硅单晶生长工艺过程一共分为“装料、熔化、种晶、引晶、放肩、等径、收尾、冷却”八个步骤。

更新时间：2015-8-16 7:55:44
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