多晶硅铸锭炉操作与生产流程ppt课件
多晶硅铸锭炉操作与生产流程
多晶硅铸锭炉操作与生产流程1.原料准备原料是多晶硅的硅块或硅片。
准备的原料要求纯度高，无杂质。
为了提高生产效率，原料通常以小块装入托盘，方便连续供给。
2.炉体预热炉体预热是为了将炉体温度提升到适宜的熔解温度。
通常炉体内设置有电炉加热器和保温层，通过电热加热将炉体温度升高。
3.熔化和铸炉炉体预热至适宜的温度后，将原料加入炉体中进行熔化。
通常使用电炉或辐射加热方式进行熔化。
熔化后，需要将熔融硅液进行搅拌和均匀化处理，以消除内部的应力和局部温度差异。
然后，将熔融硅液进行铸炉，通过向下拉拔和旋转的方式，将熔融硅液逐渐冷却并形成铸锭。
在铸炉过程中，需要对炉温进行控制，以确保铸锭的质量。
4.冷却和卸锭完成铸炉后，需要将铸锭进行冷却。
冷却方式通常有自然冷却和快速冷却两种选择，根据产品需求进行选择。
冷却后，铸锭需要进行卸锭处理。
卸锭时需要注意操作，确保铸锭的完整和质量。
通常使用机械卸锭设备进行卸锭。
以上就是多晶硅铸锭炉的操作流程。
下面将介绍多晶硅铸锭炉的生产流程。
1.原料准备在生产流程中，需要对原料进行准备和筛选，确保原料的纯度和质量。
2.熔化和铸炉将原料加入炉体中，通过炉体的加热和熔化，得到熔融硅液。
然后进行熔融硅液的搅拌和均匀化处理，进行铸炉制程。
3.冷却和卸锭铸炉后，对铸锭进行冷却处理。
冷却方式根据产品要求进行选择，可以选择自然冷却或快速冷却。
冷却后，使用机械卸锭设备进行卸锭完整性和质量。
4.切片和加工经过卸锭的多晶硅铸锭，需要进一步进行切片和加工，得到所需的硅片和单晶硅。
5.检测和质量控制以上就是多晶硅铸锭炉的操作和生产流程。
该过程需要严格控制各个环节的参数和操作，以确保最终产品的质量和性能。
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。
多晶硅铸锭炉操作与生产流程(PPT31页)名家精品课件
瞬时电流、电压、功率、通断百分比，控制方式以 及各自的设定值和实测值等。
自动控制窗口
自动控制窗口主要包含自动运行的一些功能。操作 者可以选择正常启动或定时启动来开始一次自动加 工。 只要按下自动运行按钮，系统就会开始自动运行； 自动运行开始运行时，旁边会出现一个绿色圆图标，
度设定等。此窗口还包含隔热笼操作、下炉体运行 控制、慢速抽真空、维护操作等子窗口。
趋势图窗口
趋势图界面显示5个小时内8个变量的实时变化趋势 ，可以查看功率、3个热电偶的温度、炉腔压力、隔
热笼位置、高温计和报警。该趋势图分为实时趋势 和历史趋势2个部分。
硅锭生产流程
生产流程图：
坩埚喷涂
坩埚烘烤
检验
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3、2021/8/20Aug-2120-Aug-21
昨天是张退票的支票20-Aug-212:36:20 AM02:36
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4、
2021 /8/202 021/8/2 02021/ 8/20Fri day, August 20, 2021
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积极人格的完善是本，财富的确立是末21.8.20 5、
。20 21/8/20 2021/8 /20202 1/8/202 021/8/ 208/20/ 2021
原料进炉
进炉
步骤：
1 小心用专用叉车将装 好硅料的坩埚从小推 车上升起。
2 使用专用叉车将坩埚 放到石墨交换台上。
3 放入交换台时应缓慢下 降。
4 坩埚盒与交换台四周距 离41±2 cm.
监控
步骤： 1 合上炉体，关上夹具。 2 点慢速抽真空按钮，慢
硅片制备--多晶硅铸锭炉和单晶炉幻灯片PPT
• 热电偶装在直拉单晶炉膛的测温孔上，正对加热器中部。为了使便于 测量和测量灵敏准确，一般通过聚光镜，将光聚集于热电偶堆上。
• 电极装在炉膛底部，它的作用是支撑加热器（石墨）和保温系统（或 通过石墨电极支撑），把强大的电流传给加热器，使加热器产生高温， 熔化多晶硅。电极一般由紫铜制成，两层铜管成环状，内部通水。
• 光学等直径监测器装在炉膛的光学等直径监测孔上，它象照象机，一 组光学镜头对准坩埚中心，硅单晶通过镜头将硅单晶横断面直径的正 面影象反射在毛玻璃屏幕上，屏幕上有一个光敏二极管，影象变化作 用在光敏二极管上，产生电信号，经过放大分压（或分流）处理，控 制提拉或加热功率，保证硅单晶等径生长，通过调节光敏二极管位置 可以控制生长硅单晶的粗细。
• 单晶炉的机械传动部分，包括籽晶轴（上 轴）、坩埚轴和驱动它们上升、下降或旋 转的电机。
• 籽晶轴和坩埚轴的旋转由力矩电机（或直 流电机）分别经过皮带（或齿轮）变速后 带动抱轮使其旋转。
• 籽晶轴和坩埚轴的上升或下降通过通过两 个力矩电机（或直流电机）驱动螺纹旋转 完成。
• 这四个运动各自独立，互不干扰，不同的 是坩埚轴比籽晶轴有更缓慢上升或下降速 度。
硅片制备--多晶硅铸锭炉 和单晶炉幻灯片PPT
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一、 单晶炉
• 目前在所有安装的太阳电池中，超过90%以上的 是晶体硅太阳电池，因此位于产业链前端的硅锭/ 片的生产对整个太阳电池产业有着很重要的作用。
多晶硅铸锭炉操作一般知识
多晶硅铸锭炉操作一般知识多晶铸锭目的:在一定的时间内，定向生长出一定尺寸的多晶晶锭。
操作过程：装炉-运行铸锭炉-出炉。
装炉：1，装炉前准备事项（1）检测多晶炉正常（顶板与加热板间电阻2K欧，溢流线电阻2-3欧）；（2）炉腔清理完毕（a下炉腔内壁附着物；b DS-block表面颗粒；c DS-block下隔热板及石棉垫表面颗粒）；（3）溢流线未被石棉垫覆盖。
2，装炉时注意事项（1）叉车平稳进出，绝不可撞击炉内器件；（2）装好料的坩埚放在DS-block中央（3）四块隔热条准确放在坩埚底板与DS-block之间。
运行铸锭炉1，运行前准备事项（1）清洁上下炉体缝合面，在O型圈表面均匀抹上真空油脂；（2）真空泵油位正常（1/3H-2/3H）；（3）红、黄、蓝指示灯正常，蜂鸣器正常；（4）配方名称准确，参数准确（进出水压力50-65psi，压差35psi，进出水温度24+—1℃）；（5）报警（Alarms）界面无异常（指示条全为绿色）；（6）隔热笼零位置准确；（7）准备好运行记录本。
自动运行前内容：a关闭下炉腔；b启动真空泵，点击“AUTO”熔化结束判断a，系统已经报警（功率斜率变化率值＜-0.01；TC2温度斜率变化率值＞0.03）；b，高温计明显下降；c，观察无漂浮硅料（15-20秒）；d，设定功率与实际功率曲线明显下降，TC2温度曲线明显上升。
中心长晶结束判断a，系统已经报警（高温计斜率值＞6）b，高温计曲线明显上升c，观察无液态硅边角长晶结束判断a，设定功率曲线不再上升；b，功率斜率平均值曲线不再上升；c，对应阶段时间运行完成。
出炉（1）打开下炉腔前事项a，overview（浏览）界面TC1温度低于要求的出锭温度；b，炉腔压强高于980mbar；（2）打开下炉腔a，戴好高温手套，将坩埚底板下的四条隔热条放在指定位置；b，叉车平稳进入。
正常多晶锭产品主要性能参数：1，一级品：P型，电阻率0.7-2Ωcm，少子寿命＞2us；1，二级品：P型，电阻率2-4Ωcm，少子寿命＞1us；铸锭炉安全操作规程(1)硅锭出炉后，局部温度过高可能导致自动爆炸飞溅碎片伤及人身，所以必须远离刚出炉的硅锭。
多晶硅铸锭炉操作与生产流程
多晶硅铸锭炉操作与生产流程多晶硅铸锭是制备太阳能电池元件的重要材料之一、多晶硅铸锭炉的操作与生产流程包括原料准备、炉料制备、炉料充填、炉体封闭、炉体预热、炉体烧结、炉体冷却、铸锭取出等多个环节。
下面将逐一介绍这些环节的具体过程。
首先是原料准备。
多晶硅铸锭的主要原材料是硅石（SiO2）和木炭（C）。
硅石作为含硅的原料，在反应过程中能与木炭发生反应生成多晶硅。
为了保证炉料中硅石和木炭的质量均匀性和纯度，需要进行粉碎、筛分和干燥等处理。
接着是炉料制备。
将经过处理的硅石和木炭按一定比例混合，形成炉料。
炉料的混合比例对最终多晶硅铸锭的质量有很大影响，需要经过工艺参数的优化。
炉料充填是将炉料填充进铸锭炉中的过程。
首先，在铸锭炉的底部放置一层中性炉底材料，然后将炉料均匀地放置在中性炉底材料上，并用振动装置进行压实，以确保炉料充填的均匀性和致密性。
炉体封闭是指将铸锭炉密封起来，以防止炉内温度损失和杂质的进入。
封闭可以通过炉盖或壳体的安装等方式进行。
炉体预热是在充填好炉料并封闭炉体后，将铸锭炉进行加热。
预热的目的是将炉料中的水分和其他杂质蒸发和氧化，为炉体烧结做准备。
炉体烧结是将铸锭炉内的炉料进行高温加热，使硅石和木炭发生化学反应生成多晶硅。
炉体烧结的过程中需要控制炉内的气氛，以保证反应能够正常进行，并通过周期性的气氛调整来降低氧气、水分和其他杂质的含量。
炉体冷却是将烧结好的多晶硅铸锭炉进行冷却。
冷却过程需要控制冷却速度，以避免产生过多的晶界缺陷。
冷却的同时，还需要进行炉体内部的清理，以去除可能存在的杂质。
最后是铸锭取出。
在冷却完成后，将多晶硅铸锭从炉体中取出。
取出后，需要对铸锭进行切割和抛光等处理，得到适合太阳能电池元件制备的晶体硅片。
以上就是多晶硅铸锭炉的操作与生产流程的具体介绍。
通过上述环节的有序进行，能够得到质量稳定、纯度高的多晶硅铸锭，为后续的太阳能电池元件制备提供可靠的材料基础。
硅片制备--多晶硅铸锭炉和单晶炉(2)幻灯片PPT
• 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。
• 但这种技术生长的多晶硅的晶粒 比较细小(约为3—5 mm)、大小 不均。且生长时固液界面是严重 的凹型，会引入较多的晶体缺陷。 因此，制备的多晶硅的少数载流 子寿命较低，所制的太阳能电池 效率也低。
• HEM/DSS: dominating process, • Pour Casting: • Bridgeman: • Electromagnetic Casting: continuous process, limited ingot size,
1.2 热交换法及布里曼法
• 热交换法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩埚中 （ 避免了二次污染），其中热交换法是将硅料在坩埚中 熔化后，在坩埚底部通冷却水或冷气体，在底部进行热 量交换，形成温度梯度，促使晶体定向生长。
• 下图为一个使用热交换法的结晶炉示意图。该炉型采用 顶底加热，在熔化过程中，底部用一个可移动的热开关 绝热，结晶时则将它移开以便将坩埚底部的热量通过冷 却台带走，从而形成温度梯度。
• 下图为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉 示意图。图中，工作台通冷却水，上置一个热开 关，坩埚则位于热开关上。硅料熔融时，热开关 关闭，结晶时打开，将坩埚底部的热量通过工作 台内的冷却水带走，形成温度梯度。
• 同时坩埚工作台缓慢下降，使凝固好的硅锭离开 加热区，维持固液界面有一个比较稳定的温度梯 度，在这个过程中，要求工作台下降非常平稳， 以保证获得平面前沿定向凝固。
多晶硅生产流程图
1 工业硅的制备电子工业超纯晶体硅的原料一一工业硅是在电弧炉中还原硅石(Si02含量大于99%)生产的。
使用的还原剂为石油焦和木炭等，作用有三:①导电;②作为具有活性的碳完成还原反应;③造成一个结实、多孔性的炉床，使化学反应迅速完成。
生产原理是碳还原氧化硅的反应:Si02+ 2C =Si+2CO这是硅熔炼主反应的表达式，也是一般计算和控制正常熔炼依据的基础。
生产的工艺过程都可大体分为原料准备、配料、熔炼，出炉铸锭和产品破碎包装等几个部分。
2 超纯硅(多晶硅)的制备多晶硅呈灰色或黑色且有金属光泽的等轴八面晶体，是制造单晶硅的原料。
硅属半金属，是极为重要的元素半导体材料。
多晶硅的生产，除个别工厂采用硅烷热分解法外，一般都采用氢还原三氯氢硅方法。
2.1 三氯氢硅法包括三氯氢硅的合成和三氯氢硅的还原两部分。
(1) 三氯氢硅的合成用金属硅和氯化氢为原料，在流态化氯化炉中进行反应，三氯氢硅的沸点为31.5℃，与绝大多数杂质的氯化物挥发温度相差较大，所以可用精馏法提纯。
三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气，因此精馏设备必须防止水汽和空气混人。
小规模生产超纯硅可采用聚四氟乙烯，特制玻璃或石英作为精馏设备材料，大规模生产则须采用耐腐蚀的金属或合金材料以免铜、铁、镍等重金属杂质混入而影响超纯硅的质量。
(2) 三氯氢硅的还原在超低碳的不锈钢或镍基合金制成的水冷炉壁还原炉内，用氢将三氯氢硅还原成硅。
炉内有不透明石英钟罩(有透明石英内层和观察孔)和用细硅芯或担管制成的发热体。
细硅芯是用超纯硅在特制的硅芯炉内制成。
在进行化学气相沉积之前，由于硅在常温时电阻率很高，因此硅芯须在石英罩外用电阻加热至300℃或用几千伏的高压电启动。
经过提纯的氢气(含水蒸汽量很少，露点在一70℃以下)在挥发器中将三氯氢硅自炉底带人炉内，于1100-1150℃进行还原反应，使硅沉积在发热体上，其主要化学反应如下:4SiHC13 -----→Si+3SiCl4+2H2SiHC13+ H2-----→ Si +3HC1SiCl4+ 2H2 -----→Si+4HCl同时也发生一些副反应，如:SiHC13+ HC1----→ SiCl4+H2SiHC13一---→SiCl2+HClSiC12的生成影响硅在高温时的实收率，同时硅沉积难于达到平衡，使硅的沉积速度较慢。
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自动控制窗口
自动控制窗口主要包含自动运行的一些功能。操作 者可以选择正常启动或定时启动来开始一次自动加 工。 只要按下自动运行按钮，系统就会开始自动运行； 自动运行开始运行时，旁边会出现一个绿色圆图标，
指示当前正在自动运行状态。
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工艺窗口
工艺文件在整个系统中具体很重要的意义， 任何一次自动循环都是按照工世文件的设定 进行的，工艺文件的更改可以直接影响生产 出来的硅锭质量。工艺文件总共分四页，操 作者可以按翻页按扭在各页面之间切换。在 一般情况下不建议不懂工艺的人员随便修改 工艺。
3
设备的组成和工作原理
设备的组成: 钢结构部件、炉体部件、加热隔热
系统、 真空与供气系统、 冷却系统、 电源供应及控制系统。
4
1 炉体部件
炉体的组成主要由顶盖、上炉体和下炉体 组成，它们由双层不锈钢焊接形成。层与层 之间留有一定间隙，便于冷却水通过。
5
2 加热隔热系统
隔热笼在上炉体内，由上下两层不锈钢架组成。 四 周衬有碳纤维隔热材料，主要起保温、隔热作用。
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5）检测单元 检测单元包括温度、水流量、隔热笼位置等检测。检测
器件有热电偶，红外测温仪，流量计以及位置反馈编码器 组成。 6）运动单元控制
运动单元控制下炉体的升降运动、隔热区的提升等动作。 7）系统供电单元
系统电源单元包括总电源开原理
1 多晶硅铸锭炉的工作顺序分：加热， 熔化 ， 结晶，退火，冷却，急冷等六个步骤。
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）
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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。
6
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结晶炉操作界面
操作界面的组成
操作界面是有报警、监控、自动控 制、工艺、手动控制、趋势图六大窗 口组成。
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报警窗口
最常见的主要报警有： 加热器断开报警、丢失主电源报警、主电源缺项报 警、隔热笼提升故障报警、TC1热电偶故障报警、 高温计不在原点上报警、UPS错误报警、冷却水流 量报警等。
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多晶铸锭炉简介与硅锭生产流程
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培训内容
►主要用途和特性 ►设备的组成和工作原理 ►结晶炉操作界面 ►硅锭生产流程 ►注意事项
2
主要用途和特性
1 用途：
JJL-240型多晶铸锭炉将不规则的硅原料，装 炉后重熔,实现稳步定向凝固，生产出高质量，标 准规格的多晶硅硅碇。
2 特性：
在58小时之内生产出275kg的多晶硅硅锭。 在整个结晶过程中，只有一个部件运动 ， 简 化设备的操作性和复杂性。
3 真空与供气系统
真空系统是由机械泵、罗茨泵、安全阀等其他附件组成， 当炉内压力抽到0.005毫帕时才可以运行。当真空抽到40毫 帕以下时， 罗茨泵自动开始细抽。炉内工作压力需维持600 毫帕时， 是靠机械泵抽气作用。
氩气进入的量是由质流控制器控制，抽气量是由连接 真空泵的比例调节阀调整。空气压力控制阀用于关闭氩气进 气系统及炉体与真空系统分开。
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4 冷却系统
炉体上部进气冷却循环水分八路，F1，F2，F3三组对 应六个电极，F4进气法兰，F5上炉体，F6下炉体上部，F7 下炉体下部，F8真空泵。
炉内的温度通过循环水散出，升温后的水通过外冷却 塔进行冷热交换，并用水泵送回内循环。
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5 电源供应与控制系统
电源供应与控制系统主要由电源柜和控制柜组成。
个硅结晶过程的各种参量的变化情况并生成图表。 2）SNPA智能处理器
是控制系统的下位机单元，是核心单元，完成对温度 的控制，真空度及充入氩气的压力控制，隔热笼的提升控制，
结晶的速度，水流量的检测，并送达上位机。 3）加热器电源系统
包括大容量的降压变压器以及可控硅的控制单元。 4）真空系统控制单元
包括对真空泵的控制，真空度的检测，以及气体流量控 制。
监控窗口
在监控窗口中可以看到系统运行时的状态，包括当 前的模式，步骤，剩余时间以及当前正在使用的工艺
文件名。 在屏幕上还显示进气阀的设定值和实测值，出气阀 的设定值和实测值，炉内压力的设定值和实测值，8 路水流量的实测值，隔热笼的目标位置和实际位置，
瞬时电流、电压、功率、通断百分比，控制方式以 及各自的设定值和实测值等。
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手动控制窗口
在手动界面上，允许操作者对各个阀门以及电源接 触器进行操作，更改加热控制方式、功率设定、温
度设定等。此窗口还包含隔热笼操作、下炉体运行 控制、慢速抽真空、维护操作等子窗口。
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趋势图窗口
电源柜包括电源开关，功率控制器等。
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。
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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