硅片制备多晶硅铸锭炉和单晶炉共16页文档
多晶硅铸锭炉操作与生产流程.pptx
控制柜系统包括工控机，SNAP智能处理器，加热器的电源 系统，真空系统控制单元，检测单元，运动控制单元，系统 供电单元。
1)工控机 整个控制系统以工控机操作为上位机，上位机完成控制
工艺的设置，控制过程中的监控，各种反馈信息（如：温度、
水流量、隔热区位置等）出现异常报警显示，统计和记录整 个硅结晶过程的各种参量的变化情况并生成图表。
加热：七个步骤（4-5小时） 熔化：十二个步骤（12-13小时） 结晶：七个步骤（24-25小时） 退火：三个步骤（3小时） 冷却：五个步骤（10-12小时）
2 通过工控机设置完成各种工艺参数和预定参数后， 送 达SNAP智能控制器。
3 具体过程：将经过SiN喷涂处理后的坩埚装入硅原料， 并放置在热交换台上。关闭炉体抽真空，然后通过调整 可控制硅的控制单元的变压器输出的低电压高电流，电 流加到石墨加热器，并通过SNAP智能控制器 ，自动温 度控制，加热若干小时以后完全熔化硅料。当硅料完全 熔化后，根据工艺要求，缓慢提升隔热笼位置，暴露出 热交换台，使一部分热量散发到炉壁，通过冷却水把炉 壁热量带走，交换台温度的下降会传到坩埚底部，使硅 溶液形成垂直的温度梯度，此温度梯度会使硅溶液下方 凝固结晶至上方。当所有的硅液都凝固后，硅锭再经过 退火、通入氩气、控制冷却方式等步骤以避免硅锭出现 内应力，以及减少硅锭产生的晶体缺陷（主要是点、线、 面缺陷），从而提高硅锭质量性能。（硅的导电性、可 切割性。）
六个铜电极从炉体上方穿入 ，并提供交流电给石墨电 极 ， 电极通过石墨螺栓与加热片（呈四方形）连接。四 角用转接片连接，上部被隔热材料覆盖，周围是隔热笼。
在下炉体内，用三支石墨柱支撑着一个用双层隔热材 料组成的平台，在隔热笼下降时形成一个密闭腔。在此平 台上，悬空支撑着一散热交换台，用于放置坩埚。
多晶铸锭生产工艺文件
多晶硅锭的生产流程1.生产工艺流程（1）制造工艺流程图（2）工艺流程简述坩埚喷涂：其目的是为了在铸锭的过程中，防止坩埚的杂质混入硅料。
喷涂的Si3N4粉起到一个隔离杂质和防止粘埚的作用。
坩埚烧结：此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si3N4粉牢固附着在坩埚上。
多晶炉铸锭：将盛好硅料的坩埚放入多晶炉中，经高温熔化定向凝固铸锭。
（3）反应副产物生产过程中产生含Si3N4粉尘的空气，过滤除尘后排放大气；铸锭过程中排放的少量氩气，直接排放入大气；铸锭后产生的石英坩埚碎片作为废物处理。
多晶铸锭操作流程1目的为了保证正确操作多晶硅铸锭炉，使铸锭过程规范、有效地进行，并确保铸锭成功。
2适用范围多晶铸锭车间3规范性引用文件无4职责生产部负责铸锭的整个过程。
工厂工程部负责整个外围设施条件，以保证多晶炉正常运行的环境条件要求。
5 术语和定义坩埚喷涂：在坩埚的内表面均匀喷涂Si3N4粉溶液，以防止在铸锭时坩埚和硅锭烧结在一起。
其目的是为了在铸锭过程中，防止坩埚内的杂质扩散入硅锭。
喷涂Si3N4粉起到了一个隔离杂质和防止粘埚的作用。
涂层烧结：此过程是为了使喷涂在坩埚内表面的Si3N4涂层牢固地附着在坩埚上。
多晶炉铸锭：将硅料放入坩埚，并一起放入多晶炉中，硅料经高温熔化、定向凝固成为硅锭。
定向凝固：在梯度热场中，液体朝一个方向凝固，固液界面近似于平面的凝固过程。
6 多晶炉工艺过程准备石英坩埚检查石英坩埚表面，不能有裂纹，内部不能有超过2mm的划痕、凹坑、突起。
6.1.1 用压缩空气和去离子水清洁坩埚的内表面。
6.1.2 坩埚喷涂：取250g的Si3N4粉末，用滤网筛滤。
然后取1000ml的去离子水，将Si3N4粉末溶解到去离子水中，用气动搅拌泵搅拌均匀。
喷涂时喷枪要距离坩埚内壁30cm左右，只喷涂坩埚底部和侧壁3/4的地方，要均匀不要使液体凝聚。
喷涂过程中要检测坩埚内表面的温度，应为80±5℃，不断用去油的压缩空气吹去掉落的颗粒。
多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组成
多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组成
多晶硅铸锭炉是多晶硅制造的关键设备之一，其工艺流程的稳定性、设备控制的稳定性和先进性直接关系到是否能够生产出合格的硅锭，而合格的硅锭直接决定着硅片制成的电池的光电转换效率。
因此，详细地介绍了多晶硅铸锭炉的生产工艺，并主要对抽真空系统，压力控制系统、加热系统、测温系统、保温层升降系统等设备组成展开分析，探讨了控制系统的硬件控制结构、软件流程以及在设计时体现出的独到的设计理念和创新性。
引言
在世界能源形势日益严峻的当下，太阳能光伏产业得到了迅速的发展。
硅是太阳能电池重要的化学组成，多晶硅铸锭炉可以通过熔融和定向长晶凝固技术对硅进行调整和切片，使其成为符合太阳能电池生产要求的材料。
完善的生产工艺控制系统和科学的设备组成使得多晶硅铸锭炉可以保证较高的可靠性和稳定性。
1、多晶硅铸锭炉生产工艺
多晶硅铸锭炉的生产工艺是将热交换法和布里曼法进行了结合，硅在铸锭炉内发生结晶，硅锭生产加热过程中底部的隔热层和炉的保温层确保了严密的闭合状态，从而避免了硅锭生产热量的外泄和温度的不均衡造成的硅锭受热不均衡，为硅锭长晶创造了良好的环境。
当铸锭炉内的硅锭出现结晶情况时，开始向炉内充入保护器，在保持熔融硅原料的坩埚位置不变的情况下将保温层进行升高，这时保温层与隔热层之间会出现缝隙，坩埚底部的热量便会通过这个空隙散发出去，炉壁和气体这样的热量置换使得坩埚底部的温度逐渐降低，已经完成结晶的材料便会从加热区离开，但是熔融的硅液体却不会离开，使得硅锭结晶过程中固体和液体的界面形成了较为稳定的温度梯。
多晶硅铸锭炉的工作原理
多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内放在定向凝固块上；关闭炉镗后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。
这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。
硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉完成整个铸锭过程。
热场是多晶硅铸钻炉的心心脏，其内装石墨加热器、隔热层、坩埚和硅料等。
多晶硅工艺生产过程必须通过加热室的调整来实现，因此，多晶硅铸锭炉加热室的结构设计显得至关重要。
1加热方式分析为使硅料熔融，必须采用合适的加热方式。
从加热的效果而言，感应加热和辐射加热均可以达到所需的温度。
如果采用感应加热的方式，由于磁场是贯穿硅料进行加热，在硅料内部内部很难形成稳定的温度梯度，破坏晶体生产的一致性,而采用辐射加热可以对结晶过程的热量传递进行精确控制,易于在坩埚内部形成垂直的温度梯度，因此我们优先采用辐射加热的方式。
2 加热器的设计多晶硅铸锭炉加热器的加热能力必须超过1650℃，同时材料不能和硅材料反应,不对硅料造成污染，能在真空及惰性气氛中长期使用。
符合使用条件可供选择的加热器有金属钨、钼和非金属石墨等。
由于钨、钼价格昂贵，加工困难,而石墨来源广泛，可加工成各种形状。
另外，石墨具有热惯性小、可以快速加热，耐高温、耐热冲击性好，辐射面积大、加热效率高、且基本性能稳定等特点，因此我们采用高纯石墨作为加热材料。
根据盛装硅料坩埚的特点，加热器设计为如图2形状。
1.石墨加热板；2.石墨加热板；3.角接器；4.石墨电极；5.支承环；6、7、8.碳、碳螺栓、螺母图 2 石墨加热器基本结构2．1石墨加热器的设计计算该炉基本参数：额定功率：165 KV A：最大线电流：3800A：最大输出电压：25V。
加热器的接线方式(见图3)。
图3 加热器的接线方式由I线=3800A，可得：I相=3800/ √3=2194A则每个电阻的电流：I R =2194/2=1097每个电阻的阻值：R=25/1097=0.0228欧该加热器由4块加热板组成，则每块加热板电阻：R板=R*4/6=0.0228*4/6=0.0342欧功率校核：P总=6V2/103R代入得：P总=165KV A,符合额定功率指标。
多晶硅铸锭炉的工作原理
多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内放在定向凝固块上；关闭炉镗后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。
这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。
硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉完成整个铸锭过程。
热场是多晶硅铸钻炉的心心脏，其内装石墨加热器、隔热层、坩埚和硅料等。
多晶硅工艺生产过程必须通过加热室的调整来实现，因此，多晶硅铸锭炉加热室的结构设计显得至关重要。
1加热方式分析为使硅料熔融，必须采用合适的加热方式。
从加热的效果而言，感应加热和辐射加热均可以达到所需的温度。
如果采用感应加热的方式，由于磁场是贯穿硅料进行加热，在硅料内部内部很难形成稳定的温度梯度，破坏晶体生产的一致性,而采用辐射加热可以对结晶过程的热量传递进行精确控制,易于在坩埚内部形成垂直的温度梯度，因此我们优先采用辐射加热的方式。
2 加热器的设计多晶硅铸锭炉加热器的加热能力必须超过1650℃，同时材料不能和硅材料反应,不对硅料造成污染，能在真空及惰性气氛中长期使用。
符合使用条件可供选择的加热器有金属钨、钼和非金属石墨等。
由于钨、钼价格昂贵，加工困难,而石墨来源广泛，可加工成各种形状。
另外，石墨具有热惯性小、可以快速加热，耐高温、耐热冲击性好，辐射面积大、加热效率高、且基本性能稳定等特点，因此我们采用高纯石墨作为加热材料。
根据盛装硅料坩埚的特点，加热器设计为如图2形状。
1.石墨加热板；2.石墨加热板；3.角接器；4.石墨电极；5.支承环；6、7、8.碳、碳螺栓、螺母图 2 石墨加热器基本结构2．1石墨加热器的设计计算该炉基本参数：额定功率：165 KV A：最大线电流：3800A：最大输出电压：25V。
加热器的接线方式(见图3)。
图3 加热器的接线方式由I线=3800A，可得：I相=3800/ √3=2194A则每个电阻的电流：I R =2194/2=1097每个电阻的阻值：R=25/1097=0.0228欧该加热器由4块加热板组成，则每块加热板电阻：R板=R*4/6=0.0228*4/6=0.0342欧功率校核：P总=6V2/103R代入得：P总=165KV A,符合额定功率指标。
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31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
硅片制备--多晶硅铸锭炉和单晶炉下
• 布里曼法则是在硅料熔化后，将坩埚或加 热元件移动使结晶好的晶体离开加热区， 而液硅仍然处于加热区，这样在结晶过程 中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有 利于晶体的生长。其特点是液相温度梯度 dT/dX 接近常数，生长速度受工作台下移速 度及冷却水流量控制趋近于常数，生长速 度可以调节。实际生产所用结晶炉大都是 采用热交换与布里曼相结合的技术。
• • • •
HEM/DSS: dominating process, Pour Casting: Bridgeman: Electromagnetic Casting: continuous process, limited ingot size,
多晶硅生产过程（LDK)
DSS炉
• 系统硬件包括：不锈钢 板，一对侧板，水冷铸 锭炉，供应电源，一个 真空泵系统和一个控制 柜，操作控制盘。 • 炉腔包括石墨加热区和 隔热层组件。炉腔周围 有架空层（以便操作和 维修同时支撑着变压 器），公用设施和布设 在架空层地板下面的电 线。
操作原理
• DSS（定向固化系统）能生产较大尺寸的，优质的多晶硅锭（用于光 伏工业领域）。DSS的生产量很大，能在不到50个小时的时间内生产 出270kg的硅锭。在长晶期间，只有一个部件在运动，这样的设计极 大地简化了操作，减小了操作的复杂性。尤其注意降低一些消耗件 （例如加热器，隔热层元件）的成本，从而降低了炉子长期运行的成 本。 • 内涂SiN的坩埚装入多晶硅料后放在导热性很强的石墨块上（即所谓 的定向固化块或者DS块）。关闭炉子后排气，接通加热器电源融化 硅料数小时以上。坩埚的四个竖直边都围有石墨加热器，DS-Block， 坩埚四周围有隔热层。隔热层的竖直边能上下移动以便露出DS-Block 的边缘，使热量辐射到下腔室的水冷四壁上。水冷却DS-Block后再返 回来冷却坩埚底部，从而使坩埚内的熔融硅周围形成了一个竖直温度 梯度。这个梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从熔体底部向顶部 开始长晶。当所有的硅料都凝固后，在程序的控制下，硅锭需要经过 退火，冷却处理以免破裂且能将（晶格）位移降到最小限度 。
多晶硅到硅片的制备流程和工艺流程
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