1、原生硅料的講解,工藝技術(shù)中心 張小東,本次培訓準備從以下幾個方面來講述,原生硅料的物理特性 硅料的電學特性 硅料的種類、以及清洗對硅錠的影響 氮化硅和坩堝對硅料鑄錠的影響 硅料的鑄錠對下游硅片的影響 母合金的性質(zhì)以及參雜原則 硅料中的雜質(zhì)對硅片的電學性能的影響 硅片的電學性能的要求以及影響硅片電學性能的因素,原生硅料的物理特性,純凈的硅為灰色并有金屬光澤的晶體，在固體時密度為2.33g/cm3，在液體時的密度為2.55g/cm3，熔點為1414，沸點在2350 上下。原生硅料的生產(chǎn)流程大致為石英砂在高溫電弧爐內(nèi)進過電弧放電時和碳元素發(fā)生還原反應生成粗硅，然后粗硅再經(jīng)過化學方法進行提純得到比較純

2、凈的硅料，現(xiàn)在我們鑄錠用的硅料的純度在6N左右，半導體工業(yè)用的硅料的純度要求更高，在10N-12N之間。所以做太陽能電池片的硅料要求不那么嚴，在6N左右就可以滿足太陽能鑄錠的要求了。硅料是一種脆性無機非金屬材料，在1200 時才會產(chǎn)生延展性能。雖然硅的熔點在1414，我們鑄錠時爐內(nèi)溫度必須在1500 以上時才能將坩堝內(nèi)的硅料全部融化完全。硅的空間結(jié)構(gòu)如右圖：,硅材料的電學特性,1、電阻率特性 電阻率在雜質(zhì)、光電磁等因素的影響下，可以產(chǎn)生較大范圍的波動，半導體材料的電阻率一般在10E-5-10E8，原生硅料的電阻率是非常大的，可以說幾乎不導電，然而在加入雜質(zhì)時電阻率大大下將，我們太陽能硅片的電阻

3、率一般要求在0.53之間。為什么電阻率要處于0.53之間呢？這是因為還有另外一個非常重要的電學性能少數(shù)載流子的濃度和壽命在約束。 2、導電特性 硅中存在兩種導電的載流子，一種是電子，為帶負電的載流子；另一種為空穴，為帶正電的載流子。在普通金屬中只有電子來導電，而在硅材料中卻存在兩種載流子在導電。在塑料橡膠等物質(zhì)中是沒有導電類介質(zhì)的，所以是絕緣體。純的硅在沒有參雜以前，材料中的電子和空穴的濃度時相等的，當人為進行參雜時，如果能使其電子的濃度大于空穴的濃度時，我們稱為N型半導體，此時的電子成為多數(shù)載流子，空穴成為少數(shù)載流子；當材料中的空穴濃度大于電子濃度時，就是P型半導體材料，此時材料中的空穴為多

4、數(shù)載流子，電子則是少數(shù)載流子。 3、負的電阻率溫度系數(shù) 硅材料在溫度升高的情況下電阻率是下降的，而金屬的特性卻相反，溫度升高，電阻率是上升的。,4、整流特性 可以將N型導電材料和P型導電材料組成P-N結(jié)，形成單項導電，二極管等電子晶體管就是根據(jù)這個特性制作的。 5、光電特性 半導體硅在太陽光照的情況下產(chǎn)生光生電荷載流子效應，電荷載流子定向移動產(chǎn)生電流。我們也是根據(jù)這個特性才做成電池片進行太陽能發(fā)電的。,硅料的種類、以及清洗對硅錠的影響,原生硅料有塊狀料和顆粒料，還有粉末料。這些形態(tài)各異的料給清洗帶來很大麻煩，其中塊狀料可以經(jīng)過正常的洗滌流程，包括酸洗和堿洗等環(huán)節(jié)來清洗。但是那些碎料，例如顆粒和

5、粉末料在洗滌的時候料損就比較大，所以前一陣子料理對粉末料未經(jīng)洗滌而直接發(fā)到多晶車間鑄錠，結(jié)果由于粉末料中含有大量的鐵元素而導致硅錠的少子壽命偏低。,硅料的種類、以及清洗對硅錠的影響,清洗工藝對于料的影響也比較大，對于菜花料等表面褶皺比較大的料在洗滌時由于堿液鉆到褶皺里面在超聲清洗時沒能完全的將褶皺里的堿液沖洗干凈，會導致堿液殘留，在鑄錠后鈉離子和鉀離子會污染晶錠，特別是這些元素會和氮化硅涂層發(fā)生反應，從而侵蝕氮化硅涂層，會造成粘鍋現(xiàn)象。 料中的鐵雜質(zhì)對晶錠的影響非常大，鐵元素和晶錠中的氧元素形成鐵氧深能級復合中心，會影響少子的躍遷，從而影響少子壽命。所以鐵元素對 晶錠的污染非常大。,硅料的種類

6、、以及清洗對硅錠的影響,硅料中由于粗硅中可能含有碳元素而在提純是殘留在原生多晶硅中，碳元素和硅本身為同族元素，對硅的電學性能沒有多大的影響，但碳會和硅在敢問下形成碳化硅顆粒，碳化硅就是切片車間用來切割硅錠的砂漿，硬度非常大，如果碳化硅顆粒沉淀在硅錠中，在切片時就可能引起斷線。這個硬質(zhì)點不僅會引起斷線，如果不斷線也會出現(xiàn)跳線，硅片上必然會出現(xiàn)劃痕，硅片就不合格，而且這個影響不止會影響一片硅片，可能會影響好幾片。,氮化硅和坩堝對硅料鑄錠的影響 鑄錠時，硅料熔化結(jié)晶過程中，硅熔體和石英坩堝長時間的接觸，會產(chǎn)生黏滯作用。由于坩堝和硅料的熱膨脹系數(shù)不同，在晶體冷卻過程中可能造成坩堝拉裂晶錠或者石英坩堝破

7、損，同時長時間的坩堝和硅料接觸，會引入大量的氧元素，為了有效的將坩堝和硅液隔離開來，我們在坩堝上涂一層氮化硅粉，氮化硅是一種性質(zhì)比較穩(wěn)定的物質(zhì)，硬度很高，在高溫時不分解，不易與別的物質(zhì)發(fā)生化學反應。將氮化硅粉末與水按一定比例（工藝不同比例不同，一般為1：3.8）配制成氮化硅溶液進行噴涂作業(yè)。氮化硅在生產(chǎn)過程中本身就會引入微量的金屬雜質(zhì)，比如鐵、鋁和銅元素。下圖為鑄錠后硅塊檢測時鐵、鋁元素在晶錠中的整體分布圖。 鐵在硅液中的分凝系數(shù)很小，基本上在鑄錠時由于分凝作用都排到了晶錠的頭部，所以頭部少子壽命偏低，同時在硅錠底部也存在一個少子壽命偏低的區(qū)域，這是因為硅料中的氧元素和回收料中的氧元素由于分凝系數(shù)大于1而沉淀在規(guī)定底部，將硅料中的鐵元素吸住，形成一個深能級的鐵氧復合中心，從而導致晶錠尾部。,同時石英坩堝也會引入氧元素，具體反應為：Si+SiO2=2SiO,SiO是氣體，在硅液進行熱對流時會溶解在硅液中，從而引入氧元素。氧元素由于分凝系數(shù)大于1而沉淀在規(guī)定底部