PDF《单晶硅生长原理及工艺》

单晶硅生长原理及工艺 摘要:介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件.

通过控制不同的工艺参数(晶体转速:2.

5、

10、20rpm;

坩埚转速: 1.

25、

5、 10),成功生长出了三根 150*1000mm 优质单晶硅棒.分别对这三种单晶硅样品进行 了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试,结果表明,当晶体转速为 10rpm,坩埚转速为 5rpm,所生长出的单 晶硅质量最佳.最后分析了氧杂质和碳杂质的引入机制及减少杂质的措施. 关键词:单晶硅;

直拉法生长;

性能测试;

氧杂质;

碳杂质 中图分类号:O782 文献标识码:A 文章编号:1672 - 9870(2009)04 -

0569 -

05 收稿日期:2009

07 25 基金项目:中国兵器科学研究院资助项目(42001070404) 作者简介:刘立新(1962 ),男,助理研究员,E-mail: [email protected]. 刘立新

1 ,罗平

1 ,李春

1 ,林海

1 ,张学建 1,2 ,张莹

1 (1.长春理工大学 材料科学与工程学院,长春 130022;

2.吉林建筑工程学院,长春 130021) Growth Principle and Technique of Single Crystal Silicon LIU Lixin1 , LUO Ping1 , LI Chun1 , LIN Hai1 , ZHANG Xuejian1,

2 , ZHANG Ying1 (1.Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022;

2. Jilin Architectural and civil Engineering institute, Changchun 130021) Abstract:This paper introduces the basic principle and process conditions of single crystal silicon growth by Cz method. Through controlling different process parameters (crystal rotation speed: 2.5, 10, 20rpm;

crucible rotation speed: -1.25, -5, -10), three high quality single crystal silicon rods with the size of 150*1000mm were grown successfully. Perform- ance measurements of three single crystal silicon samples were performed including resistivity, oxygen and carbon con- tent, minority carrier lifetime, respectively. The results show that as-grown single crystal silicon has the optimal quality when crystal rotation speed is 10rpm, and crucible rotation speed is -5rpm. Finally, the introducing mechanism of oxygen and carbon impurities,and the way to reduce the impurities were discussed. Key words:single crystal silicon;

growth by Cz method;

performance measurements;

oxygen impurities;

carbon impurities 单晶硅属于立方晶系,金刚石结构,是一种性 能优良的半导体材料.自上世纪

40 年代起开始使 用多晶硅至今, 硅材料的生长技术已趋于完善, 并 广泛的应用于红外光谱频率光学元件、红外及 射 线探测器、集成电路、太阳能电池等[1] .此外,硅 没有毒性,且它的原材料石英(SiO2)构成了大约60% 的地壳成分,其原料供给可得到充分保障.硅材料 的优点及用途决定了它是目前最重要、产量最大、 发展最快、用途最广泛的一种半导体材料[2] . 到目前为止,太阳能光电工业基本上是建立在 硅材料基础之上的,世界上绝大部分的太阳能光电 器件是用单晶硅制造的.其中单晶硅太阳能电池是 最早被研究和应用的,至今它仍是太阳能电池的最 主要材料之一.单晶硅完整性好、纯度高、资源丰 富、技术成熟、工作效率稳定、光电转换效率高、 使用寿命长,是制备太阳能电池的理想材料.因此 备受世界各国研究者的重视和青睐,其市场占有率 为太阳能电池总份额中的 40%左右[3] . 随着对单晶硅太阳能电池需求的不断增加,单 晶硅市场竞争日趋激烈,要在这单晶硅市场上占据 重要地位,应在以下两个方面实现突破,一是不断 降低成本.为此,必须扩大晶体直径,加大投料 量,并且提高拉速.二是提高光电转换效率.为此,要在晶体生长工艺上搞突破,减低硅中氧碳含 第32卷第4期2009年12月 长春理工大学学报 (自然科学版) Journal of Changchun University of Science and Technology (Natural Science Edition) Vol.32 No.4 Dec.