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：lxliu2007@https://www.doczj.com/doc/ad19206270.html,。
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. Performance
measurements of three single crystal silicon samples were performed including resistivity，oxygen and carbon content，
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. 2009
量［4］。因此，对单晶硅的生产和研究提出了新的要
求。了解单晶生长条件、生长缺陷以及它们对器件
性能的影响之间的关系，对提高晶体质量是很重要
的。本文采用直拉法生长了6 英寸优质单晶硅，并
对其电阻率、杂质含量及位错进行了测试，获得了
最佳的生长工艺参数，分析了杂质引入机制及减少
杂质的措施。
1 直拉法生长单晶硅基本原理
当前制备单晶硅主要有两种技术，根据晶体生
长方式不同，可分为悬浮区熔法（Float ZoneMethod）
和直拉法（CzochralskiMethod）。这两种方法
制备的单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领
域，区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，而直
拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池
方面，是单晶硅的主体。
基本原理：原料装在一个坩埚中，坩埚上方有
一可旋转和升降的籽晶杆，杆的下端有一夹头，其
上捆上一根籽晶。原料被加热器熔化后，将籽晶插
入熔体之中，控制合适的温度，使之达到过饱和温
度，边旋转边提拉，即可获得所需单晶。因此，单
晶硅生长的驱动力为硅熔体的过饱和。根据生长晶体不同的要求，加热方式可用高频或中频感应加热或电阻加热。图1 是直拉法单晶硅生长原理示意图。
1 －单晶硅；
2 －硅熔体；
3 －坩埚；
4 －加热器
图1 直拉法单晶硅生长原理示意图
Fig.1 The graph of growth principle for single crystal silicon by Cz method
2 实验
2.1 直拉法单晶硅生长设备
采用直拉法生长炉及相关配套系统生长单晶
硅。整个生长系统主要包括晶体旋转提拉系统、加热系统、坩埚旋转提拉系统、控制系统等。图2 为直拉法生长单晶硅设备实物图与示意图。
由图2 可知，炉体下部有一石墨托（可以上下
移动和旋转），上面放置圆柱形石墨坩埚（用以支撑石英坩埚）、石英坩埚、石墨加热器及保温罩、炉壁等。所用的石墨件和石英件都是高纯材料，以防止对单晶硅的污染。采用软性的吊线挂住籽晶，晶体与坩埚拉升速度，必须能够维持高准确度，这样才能保持液面在同一位置，精确控制晶体的生长速度。
控制系统是用以控制程序参数，如晶体直径、
拉速、温度及转速等。控制系统一般是采用闭环式回馈控制。直径控制sensor（CCD camera）是用以
读取晶体直径，并将读取之数据送至控制系统（PLC）。为了控制直径，控制系统会输出讯号调
整拉速、转速及温度。同样，晶体生长炉内氩气的流量等参数，也是靠这种闭环回馈方式控制。
2.2 直拉法单晶硅生长工艺
直拉法生长单晶硅的制备步骤一般包括：多晶
硅的装料和熔化、引晶、缩颈、放肩、等颈和收尾。如图3 所示。
2.1.1 多晶硅的装料和熔化
首先，将高纯多晶硅料粉碎至适当的大小，并
在硝酸和氢氟酸的混合溶液中清洗外表面，以除去可能的金属等杂质［5］，然后放入高纯的石英坩埚内。在装料完成后，将坩埚放入单晶炉中的石墨坩埚中，然后将单晶炉抽真空使之维持在一定的压力范围之内，再充入一定流量和压力的保护气，最后加热升温，加热温度超过硅材料的熔点1412℃，使其充分熔化。
570 长春理工大学学报（自然科学版）2009年
1 －晶体上升旋转机构；
2 －吊线；
3 －隔离阀；
4 －籽晶夹
头；5 －籽晶；6 －石英坩埚；7 －石墨坩埚；8 －加热器；9 －绝缘材料；10 －真空泵；11 －坩埚上升旋转机构；12 －控制
系统；13 －直径控制传感器；14 －氩气；15 －硅熔体
图2 直拉法生长单晶硅设备实物图与示意图
Fig.2 The graph of device and principle for
single crystal silicon by Cz method
2.1.2 引晶
选取籽晶尺寸为8×120mm 方向为<100>［6］。
籽晶制备后，对其进行化学抛光，可去除表面损
伤，避免表面损伤层中的位错延伸到生长的直拉单
晶硅中；同时，化学抛光可以减少由籽晶带来的金
属污染。
在硅晶体生长时，首先将定向籽晶固定在旋转
的籽晶杆上，然后将籽晶缓缓下降，距液面10mm
处暂停片刻，使籽晶温度尽量接近熔硅温度，以减
少可能的热冲击；接着将籽晶轻轻浸入熔硅，使头
部首先少量溶解，然后和熔硅形成固液界面；随
后，籽晶逐步上升，与籽晶相连并离开固液界面的
硅温度降低，形成单晶硅。
2.1.3 缩颈
去除了表面机械损伤的无位错籽晶，虽然本身
不会在新生长的晶体硅中引入位错，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，而缩颈技术可
以减少位错的产生［7-9］。引晶完成后，籽晶快速向
上提拉，晶体生长速度加快，新结晶的单晶硅直径
将比籽晶的直径小，可以达到3mm 左右，其长度
约为此时晶体直径的6 ～10 倍，旋转速率为2 ～
10rpm。
2.1.4 放肩
在缩颈完成后，晶体的生长速度大大放慢，此
时晶体硅的直径急速增加，从籽晶的直径增大到所
需的直径，形成一个近180°的夹角。在此步骤中，
最重要的参数值是直径的增加速率。放肩的形状与
角度将会影响晶体头部的固液面形状及晶体品质。
如果降温太快，液面出现过冷情况，肩部形状因直
径快速增大而变成方形，最严重时导致位错的再现
而失去单晶结构。
2.1.5 等径
当放肩达到预定晶体直径时，晶体生长速度加
快，并保持几乎固定的速度，使晶体保持固定的直
径生长，由于生长过程中，液面会逐渐下降及加热
功率上升等因素，使得晶体散热速率随着晶体长度
而递减。因此，固液界面处的温度梯度减小，使得
晶体的最大拉速随着晶体长度而减小。
2.1.6 收尾
在晶体生长接近尾声时，生长速度再次加快，
同时升高硅熔体的温度，使得晶体的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体离开液面，单晶硅生长完成，这个阶段称为收尾。
图4 为所生长的单晶硅照片，生长工艺参数及
尺寸如表1 所示。
图4 直拉法生长出的单晶硅
Fig.4 As-grown single crystal silicon by Cz method
表1 单晶硅生长工艺参数及尺寸
Tab.1 The growing technical parameters and size of
as-grown ingle crystal silicon
编号
晶体转速
（rpm）
坩埚转速
（rpm）
晶体尺寸
（mm3）
1#
2#
3#
2.5
10
20
-1.25
-5
-10
150×1000
150×1000
150×1000
2.3 性能测试
采用BIO-RAD公司FTS135 傅立叶变换红外光
谱(Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR)仪测定单晶硅中的氧含量和碳含量；采用北京中西化玻仪器有限公司SHY11 －BD86A 型电阻率测试仪（测量范围：10 3－103 ·cm，分辨率：10 4 ·cm）测定单晶硅的电阻率；采用北京合能阳光新能源技术有限公司HS －CLT 型少子寿命测试仪（测量范围：1 －6000 s，激光波长：1.07 m，贯穿深度：500 m，工作频率：30MHz）测定单晶硅的少子寿命。
第4 期刘立新，等：单晶硅生长原理及工艺571
（a）（b）（c）
（d）（e）（f）
（a）多晶硅的装料和熔化；（b）引晶；（c）缩颈与放肩；（d）等径；（e）收尾；（f）完成
图3 直拉法生长单晶硅工艺流程图
Fig.3 The process chart of single
crystal silicon by Cz method
3 结果与讨论
表2 为6 英寸单晶硅性能测试结果。结果表
明，当晶体转速为10rpm，坩埚转速为－5rpm，所生长出的单晶硅各项性能指标最佳。
表2 6 英寸单晶硅性能测试结果
Tab.2 The results of performance measurements for
6-inch single crystal silicon
编号类型晶向
电阻率
( ·cm)
O2 含量
(1018atoms/
cm3)
C 含量
（1016atoms/
cm3)
少子
寿命
( s)
标准
1#
2#
3#
P 型
P 型
P 型
P 型
（100）
（100）
（100）
（100）
0.5 ～3
1.7
1.7
1.7
1.0
0.27
0.44
0.60
5.0
3.7
3.5
3.2
＞5
12
14
8
3.1 氧杂质
直拉单晶硅中存在杂质。一方面，直拉单晶硅
需要有意掺入电活性杂质，以控制电阻率和导电类型；另一方面，在直拉单晶硅生长和加工过程中会引入其它不需要的杂质，如氧、碳等［10，11］。
对于太阳能用直拉单晶硅而言，一方面，为了
降低成本，晶体生长工艺的控制要求相对较低，生长设备相对简单，而且晶体生长速度快，会引起较多的杂质和缺陷；另一方面，由于生长太阳能电池用直拉单晶硅的原材料来源复杂，既有电子级高纯多晶硅的废、次料，又有电子级直拉单晶硅的头尾料、锅底料，甚至有太阳电池用直拉单晶硅的头尾料，导致较多杂质的引入。目前，在太阳能电池用直拉单晶硅中，主要杂质是氧和碳。
图5 直拉单晶硅中间隙氧的原子结构示意图
Fig.5 The atomic structure schematic diagram of
interstitial oxygen in the single crystal silicon by Cz method
氧是直拉单晶硅中的主要杂质，它来源于晶体
生长过程中石英坩埚的污染，是属于直拉单晶硅中不可避免的轻元素杂质；氧可以与空位结合，形成微缺陷；也可以团聚形成氧团簇，具有电学性能；还可以形成氧沉淀，引入诱生缺陷，这些都可能对单晶硅的性能产生影响。
直拉单晶硅中的氧一般在(5 ～20)×1017cm 3范
围内，以过饱和间隙状态存在于晶体硅中，如图5 所示。
氧位于硅-硅键中间偏离轴向方向，键角为129°，它与周围的两个硅原子以共价键结合，所以间隙态的氧原子在硅中是中性的。
在硅的熔点（1420℃）附近，熔硅与石英坩埚
作用，生成SiO 进入硅熔体。然后通过机械对流，热对流等方式，SiO 传输到熔体表面，而SiO 的蒸汽压为12mbar，因此，到达硅熔体表面的SiO以气
体的形式挥发。仅有少量的SiO（约1%）溶解到熔硅中，以氧原子形态存在于液体硅中，最终进入直拉硅晶体中。
由于氧在晶体硅生长过程中存在分凝现象，一
般认为其分凝系数为1.25。因此，在实际直拉单晶硅中，氧浓度的表现为头部高、尾部低，氧浓度从头部开始到尾部逐渐降低，在收尾处氧浓度有所上升，这是受晶体生长工艺变化的影响。同时，氧浓度从单晶硅的中心部位到边缘是逐渐降低的。
直拉单晶硅中的氧浓度受多方面的影响，包括
熔硅中的热对流；熔硅与石英坩埚的接触面积；晶体生长时的机械强制对流；SiO 自熔硅表面的蒸发；氧与晶体中点缺陷的作用。因此，可以利用大尺寸的石英坩埚；采取精细的工艺（采用高晶轴转速和低坩埚转速控制氧的分布）和利用外加磁场加以控制；采用高氩气流量或低炉内压力，增加SiO 挥发速度。从而减少氧含量。
3.2 碳杂质
碳是直拉晶体硅中的另一种重要杂质，它在硅
中一般占据替代位置，由于碳是四价元素，因此，在硅中不引入电活性缺陷，不会影响到单晶硅的载流子浓度。但是碳可以与氧作用，也可以与自间隙硅原子和空位结合，以条纹状存在于晶体中，当碳浓度超过固溶度时，会有微小的碳沉淀生成，这些缺陷会使硅器件的击穿电压大大降低，漏电流增加，对器件性能产生严重的影响。
直拉单晶硅中的碳杂质主要来自多晶硅原料、
晶体生长炉内的剩余气体以及石英坩埚与石墨加热件的反应。在早期，直拉单晶硅一般在真空中生长，因此碳的浓度很高。后来多晶硅的质量不断提572 长春理工大学学报（自然科学版）2009年
高，原料中的碳含量不断降低；而且人们采用了减压氩气保护生长单晶硅，使得炉膛内的碳杂质以CO 气体形式被流动的保护气带出晶体生长炉，从而使直拉单晶硅中的碳浓度大幅降低。但是，对于太阳能电池直拉单晶硅，其原料来源并不完全是高纯多晶硅，还包括微电子用直拉单晶硅的头尾料等；而且晶体生长的控制也远不如微电子用直拉单晶硅严格，所以其碳浓度相对较高。
在直拉单晶硅生长时，高温石英坩埚与石墨加
热器件反应，生成SiO 和CO，其中CO 气体不易
挥发，大多进入硅熔体与熔硅反应，产生单质碳和SiO，而SiO 大部分从熔体表面挥发，碳则留在熔硅中，最终进入晶体硅。
碳在硅中的分凝系数很小，一般认为是0.07.在
晶体硅生长时，与氧浓度的分布相反，碳浓度在晶
体头部很低，而在晶体尾部则很高。如果晶体的生
长速度很快，会使碳的实际有效分凝系数大大增
加，甚至接近于1。
石墨加热器
石墨绝缘材料
(a) (b)
图6 单晶硅炉体中氩气流动示意图
Fig.6 The argon flowing schematic diagram in the single crystal silicon furnace
要减少晶棒碳污染的程度，最直接方法是改变
炉内热场的设计。可以在石墨元件上利用CVD 的
方法镀上一层SiC，可以减少CO 气体生成，进而
有效减少晶棒中的碳含量。另外，如果热场的设计
能够使得由液面挥发出的SiO 气体有效的被氩气带
出炉体的话，也可以降低晶棒中的碳含量。如图6 （a）显示氩气的出口在炉体下方，这种设计使得
SiO 气体的流动路径经过大部分的高温石墨元件，
因而产生较多的CO气体。图6（b）中氩气的流动
路径是沿着绝缘材料与炉壁之间，所以大部分SiO
气体不会接触到高温石墨元件，所以这种设计能够
降低晶棒碳污染的程度。
4 结论
本文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(电阻率：1.7 ·cm，O2 含量：0.44×1018atoms/ cm3，C 含量：3.5×1016atoms/cm3，少子寿命：
14 s)。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。分析认为，利用大尺寸的石英坩
埚、采取精细的工艺和利用外加磁场加以控制、采
用高氩气流量或低炉内压力，增加SiO挥发速度，
可以控制并减少氧含量。通过改变炉内热场的设
计，在石墨元件上利用CVD的方法镀上一层SiC，
可以减少CO 气体生成，进而有效减少单晶硅中的
碳含量。
参考文献
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第 4 期刘立新，等：单晶硅生长原理及工艺
573____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ____________________________
直拉法单晶硅生长原理及工艺 随着科技的不断进步，半导体材料在社会发展中的作用越来越重要。作为半导体材料中的重要组成部分，单晶硅的生长工艺和技术显得尤为重要。直拉法是一种常用的单晶硅生长方法，其生长原理和工艺技术的研究对于提高单晶硅材料的质量和性能具有重要意义。 直拉法单晶硅生长原理及工艺是一种在半导体工业中广泛应用的制 备单晶硅材料的技术。直拉法是通过在熔体中引入籽晶，通过控制温度和拉速等参数，使熔体中的原子按特定方向有序排列，形成单晶体。该方法具有生长速度快、晶体完整性好、易于实现自动化等优点。 直拉法单晶硅生长工艺流程包括装料、熔化、引晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾和冷却等步骤。主要设备包括炉体、加热器、控制系统、坩埚、籽晶和抬升装置等。 在直拉法单晶硅生长过程中，诸多工艺参数都会对单晶硅的质量和性能产生影响。其中，熔化温度、拉速、原子比例等是几个关键工艺参数。 熔化温度直接影响硅熔体的纯净度和粘度。高温下，硅熔体的粘度降低，有利于硅原子的扩散和晶体生长。但过高的温度会导致硅熔体氧
化和元素挥发，影响晶体质量。 拉速是直拉法单晶硅生长过程中控制晶体生长速度的重要参数。拉速过慢会导致晶体生长时间长，热应力大，易产生缺陷；拉速过快则会导致熔体供应不足，形成小平面。因此，合理控制拉速是提高单晶硅质量的关键。 原子比例也是影响直拉法单晶硅生长的重要因素。在纯硅中加入一定比例的掺杂元素，可以改变硅晶体的电学性能。通过优化原子比例，可以提高单晶硅材料的导电性能和热稳定性。 为了生产出符合规格的单晶硅材料，必须对直拉法单晶硅生长过程进行严格的质量控制。要防止杂质沉淀。在生长过程中，应严格控制炉体温度和熔体中的杂质含量，定期进行炉体清洗和坩埚检查，确保生长环境的洁净度。 要控制缺陷密度。在单晶硅生长过程中，应优化工艺参数，尽量避免热应力和应力集中，减少晶体缺陷的产生。还可以采用适当的热处理工艺来修复晶体缺陷，提高单晶硅的质量。 直拉法单晶硅生长原理及工艺在半导体材料制备领域具有重要地位。本文详细介绍了直拉法单晶硅生长的基本概念、工艺流程、关键工艺
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：lxliu2007@https://www.doczj.com/doc/ad19206270.html,。 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. Performance measurements of three single crystal silicon samples were performed including resistivity，oxygen and carbon content， 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
直拉单晶硅工艺技术 直拉单晶硅工艺技术是一种生产单晶硅材料的工艺方法，它能够高效地制备高纯度、高质量的单晶硅。在电子、光伏等领域有着广泛的应用。下面我将介绍一下直拉单晶硅工艺技术的基本原理和步骤。 直拉单晶硅工艺技术基本原理是利用熔融态下的硅液形成的“剪切层”和拉伸过程中形成的“湍流鞍点”来减小晶体发生成核的机会，实现快速生长大尺寸单晶硅。 直拉单晶硅工艺技术的步骤如下： 1、硅原料准备：选择高纯度的硅原料，通常采用电石炉法或氯气法制备。 2、硅液制备：将硅原料放入特殊的熔化炉中，在高温下将硅原料熔化成液态硅。 3、净化处理：通过添加掺杂剂和进行化学处理等方式，对硅液进行净化，去除杂质和不纯物质。 4、晶体成核：将净化后的硅液脱氧，并添加少量的晶种，形成晶体的初步成核。 5、晶体生长：将晶种固定在拉伸机上，通过控制温度和拉拔速度，使晶体逐渐生长。
6、晶体拉伸：在晶体生长过程中，通过拉伸机的拉拔和旋转，将晶体朝着一个方向上不断拉长，直到达到目标长度。 7、光洁处理：将拉伸后的晶体进行光洁处理，使其表面变得 光滑。 8、切割整理：将拉伸后的晶体切割成适当大小的小晶体，用 于制造半导体晶体管等器件。 直拉单晶硅工艺技术的优点在于能够生长大尺寸的单晶硅，提高了生产效率和晶体质量。同时，它还具有晶体控制性好、成本低等特点，为单晶硅领域的发展提供了重要的技术支持。 然而，直拉单晶硅工艺技术也存在一些问题。首先，大尺寸单晶的生产周期较长，需要耗费大量的能源和物资。其次，工艺要求严格，操作技术要求高，一旦出现操作失误，就会导致晶体质量下降。 总而言之，直拉单晶硅工艺技术是一种优质、高效的制备单晶硅材料的方法。通过不断的技术创新和工艺改进，相信直拉单晶硅工艺技术能够继续优化，提高生产效率和质量，为电子、光伏等领域的应用提供更好的支持。
单晶硅生产工艺流程图 单晶硅是目前最常用的太阳能电池材料，广泛应用于光伏发电和半导体制造行业。下面是单晶硅生产工艺的流程图： 一、原料准备 1. 砂矿采集：首先，需要采集高纯度的石英砂矿石。石英砂中的杂质成分需要严格控制，以确保生产出的单晶硅具有较高的纯度。 2. 洗选和粉碎：采集到的石英砂会被洗选和粉碎，去除其中的杂质和不纯物质。这里需要使用化学方法或物理方法进行分离和精炼，确保石英砂的纯度能够满足单晶硅生产的要求。 二、冶炼和凝固 1. 熔炼石英砂：将纯净的石英砂与高温下的木炭反应，从而得到高纯度的石英坩埚和二氧化硅气体。这个过程需要耗费大量的能源进行加热，使得石英砂达到熔化的温度。 2. 凝固生长：通过将石英坩埚放置在石英砂中，并在适当的温度梯度下进行凝固生长。由于坩埚的底部温度高于顶部温度，石英砂会逐渐凝固生成固态石英单晶。这个过程需要耗费较长时间，通常需要几天的时间才能完成。 三、切割和打磨 1. 切割：在凝固生长完成后，得到的是一个长方形的石英坯料。为了方便后续的制备工作，需要将坯料切割成合适的尺寸。常用的方法是使用钻头进行机械切割，或者使用激光切割机进行精确切割。 2. 打磨：切割后的石英坯料会有一些毛边或凹凸不平的地方，
需要进行打磨处理使其平整。这里需要使用钢丝刷或砂纸进行粗磨和细磨，以确保表面光滑且无瑕疵。 四、清洗和检测 1. 清洗：打磨后的石英单晶需要经过严格的清洗处理，以去除切割和打磨过程中留下的尘埃和污染物。常用的清洗方法包括超纯水冲洗、酸碱清洗和高温清洗等。 2. 检测：清洗后的石英单晶需要进行表面检测，以确保其没有表面缺陷或污染。常用的检测方法包括光学显微镜观察、扫描电子显微镜检测和光谱分析等。 通过以上生产工艺，最终能够生产出高纯度、优质的单晶硅，然后可以用于制备太阳能电池或半导体器件。单晶硅生产工艺的精细化和自动化程度越来越高，能够有效提高生产效率和质量控制水平。
单晶硅生产工艺 单晶硅生产工艺 单晶硅是一种非常重要的半导体材料，广泛应用于电子、光电等领域。其生产工艺较为复杂，需要多个步骤的操作。下面我们将介绍一下单晶硅的生产工艺。 1. 原料准备 单晶硅的主要原料是硅矿石。一般情况下，采用的是石英砂。石英砂是一种硅酸盐矿物，其中的二氧化硅（SiO2）含量较高，通常为95%以上。为了生产高质量的单晶硅，需要精选较为纯净的石英砂。 2. 清洗原料 在生产过程中，原料会受到灰尘、油渍等污染物的污染，许多杂质会对单晶硅的生长造成负面影响。因此，在生产前需要对原料进行清洗。清洗方法通常是采用化学法对原料进行浸泡。 3. 制备硅气 制备硅气是单晶硅生产过程中的重要步骤之一。硅气是制备晶圆的关键原材料。制备硅气的方法一般有以下两种： a. 化学气相沉积法（CVD法） 该方法是采用氯化硅（SiCl4）与氢气（H2）相反应，生成硅气。反应式如下： SiCl4(l) + 2H2(g) → Si(s) + 4HCl (g) 然后，将产生的气体混合在一起，并通过化工反应器提高压力，以便使气体分子发生反应。反应器内的反应温度控制
在1200-1400℃之间，可获得高质量的硅气。 b. 电弧加热法 该方法是采用电弧加热硅棒，使硅棒中的硅熔化，然后将其喷向氢气火焰中，生成硅气。这种方法适用于小规模的单晶硅生产。 4. 生长晶体 在制备好硅气后，就可以进行晶体的生长过程。晶体生长一般采用下面两种方法： a. Czochralski法 使用Czochralski方法生长晶体需要用到Czochralski 炉。该炉主要由一个碳化硅坩埚和一个加热炉组成。硅棒形态的晶种经过预处理后，被置于坩埚内，并融化成液态。随后，棒慢慢上升并旋转，形成单晶硅棒。晶体生长的过程需要控制晶圆的温度、升降速度、搅拌速度等参数。 b. 化学气相沉积法（CVD法） 同样可以使用CVD法生长晶体。该方法可以按照不同的需求进行晶体的选择，如硅棒、硅片、硅丝等形式的晶种，进行不同形式的晶体生长。 5. 加工晶圆 加工晶圆是单晶硅生产过程中的最后一个步骤。该过程包括： a. 切割晶棒：将生长好的晶棒进行切断，切成一定长度的晶圆。 b. 去毛刺：采用化学腐蚀等方法，将切割后的晶圆表面不平整的毛刺进行削除。 c. 抛光：对晶片表面进行抛光，以使表面光滑亮丽，符合生产化学电路所需的表面光洁度。
单晶硅生产工艺流程 单晶硅生产工艺流程 单晶硅是目前制造半导体器件的主要材料之一，其生产工艺流程经过多个步骤才能得到最终的产品。以下是单晶硅生产工艺流程的简要介绍。 1. 制作原料：单晶硅的原料通常是硅矿石，如石英砂。首先，将硅矿石破碎成较小的颗粒，然后用水和化学品进行沉淀、过滤和清洗，最终得到纯度较高的硅酸盐溶液。 2. 提取硅：将硅酸盐溶液进行加热和处理，使其分解成二氧化硅气体和水蒸汽。然后，将气体通过反应管冷却，二氧化硅会凝结成颗粒状。 3. 清洗硅粉：得到的二氧化硅颗粒经过清洗处理，去除杂质，提高纯度。清洗过程通常包括水洗、酸洗和碱洗等步骤，以确保硅粉的纯度符合要求。 4. 炼制单晶硅：将清洗后的硅粉放入石英坩埚中，并加入适量的初生硅。然后将坩埚置于真空炉中，通过加热和升降温度的控制，使硅粉熔化并形成单晶体。 5. 单晶生长：在炼制出的单晶硅中，插入一根掺有晶种的硅棒，并缓慢提升温度。通过定向凝固的过程，晶种与炼制出的单晶硅结合，并一起生长成单晶硅棒。此过程通常在高温下进行，需要精确控制温度和速度。
6. 切割单晶片：得到的单晶硅棒经过退火处理和机械加工，将其切割成薄片，即单晶硅片。切割过程需要高精度的切割机械和技术来确保单晶片的质量和尺寸。 7. 表面处理：单晶硅片通过化学腐蚀和抛光等工艺进行表面处理。这些处理过程旨在去除表面杂质和缺陷，使单晶片表面光滑和纯净。 8. 包装和测试：最后，经过表面处理的单晶硅片将被包装并送入测试室进行质量检验。测试过程包括电性能测试和外观检查等，以确保单晶硅片的质量符合要求。 以上简要介绍了单晶硅生产工艺流程的主要步骤。单晶硅是半导体器件制造的关键材料，其生产工艺需要严格的操作和控制，以确保最终产品的质量和性能。随着技术的发展，单晶硅的生产工艺将不断改进和优化，以满足不断增长的半导体市场需求。
单晶硅多晶硅生产流程 单晶硅和多晶硅是太阳能光伏产业中最常用的硅材料。单晶硅和多晶 硅的生产过程有些类似，但也存在一些区别。下面我将详细介绍单晶硅和 多晶硅的生产流程。 1.原材料准备： 单晶硅和多晶硅的原材料都是硅石（二氧化硅），通常通过矽矿石提 炼得到。首先，矽矿石被送入破碎机破碎成粉末。 2.溶解： 破碎后的硅石粉末与强酸（如氢氟酸）混合，形成硅酸溶液。然后， 这个硅酸溶液经过净化和过滤，去除杂质，获得高纯度的硅酸。 3.晶体生长： 单晶硅的晶体生长通常采用“克拉法”。在一个大型的克拉炉中，通 过在一根单晶硅（种子）上面，逐渐降低温度、控制附着的硅酸溶液逐渐 凝固并形成晶体。这个过程中需要精确的温度控制和晶体生长时间。最终，一个长而细的单晶硅棒形成，棒的直径取决于炉的尺寸和生长时间。 多晶硅的晶体生长采用“坩埚法”。将高纯度的硅酸与硅粉混合，形 成硅化物，并在高温下熔化。之后，将坩埚中的熔融硅材料慢慢冷却，形 成多个晶体。这些晶体之间彼此相连，形成多晶硅棒。 4.切割： 完成晶体生长后，单晶硅和多晶硅都需要被切割成较薄的硅片。这个 步骤通常采用电火花或钻孔方式执行。
5.清洗和加工： 切割成硅片后，需要对它们进行清洗和加工处理。首先，硅片会被浸泡在酸洗剂中，去除表面的杂质。然后，通过多道工艺加工，将硅片打磨成规定的形状和厚度，最后形成太阳能电池片。 总的来说，单晶硅和多晶硅的生产流程包括原材料准备、溶解、晶体生长、切割、清洗和加工等环节。两者之间的主要区别在于晶体生长的方法，单晶硅采用克拉法，多晶硅采用坩埚法。这些工艺步骤对于确保硅片的纯度和性能至关重要，对光伏产业的发展至关重要。
单晶硅生产工艺流程 单晶硅是一种用途广泛的材料，被广泛应用于太阳能电池、半导体器 件和光学传感器等领域。单晶硅的生产工艺流程主要包括硅源净化、单晶 生长、切割加工和磨光等步骤。下面将详细介绍单晶硅的生产工艺流程。 第一步：硅源净化 单晶硅的生产以多晶硅为原料。多晶硅经过净化步骤，去除杂质，得 到高纯度的硅块。常用的硅源净化方法有氯化法和转炉法。 氯化法是最常用的方法之一，先将多晶硅切割成块状，然后放入氯气 或氧氯化氢气氛中，在800°C至1000°C的温度下发生氯化反应，将杂 质与氯化气体形成挥发物，从而净化硅源。 转炉法是另一种常用的方法，多晶硅块放入高温转炉中，在高温下加热，挥发出杂质和杂质气体。这种方法适合生产大尺寸的硅块。 第二步：单晶生长 净化后的硅块通过单晶生长技术，实现从多晶到单晶的转化。目前主 要的单晶生长技术有区熔法和悬浮液法。 区熔法是最早被广泛采用的方法。它的原理是将净化后的硅块放入石 英坩埚中，通过电阻加热使硅块熔化，然后通过缓慢降温和控制升温速率 使硅块逐渐结晶为单晶。 悬浮液法是一种比较新的单晶生长技术。将净化后的硅块放入铂铱舟中，然后将硅块悬浮在熔融的硅溶液中，通过控制溶液的温度和降温速率，使硅溶液晶化为单晶。 第三步：切割加工
生长出来的单晶硅块经过切割加工，将其切割成适合使用的片状。切 割加工的主要方法是钻石线锯切割法。通过涂覆金刚石磨损料的钢丝锯线，在涂有磨损料的锯片的帮助下，将单晶硅块切割成薄片，这些薄片被称为 硅片。硅片的厚度（也称为片厚）通常为200至300微米，但也可以根据 具体应用需求进行调整。 第四步：磨光 在切割成薄片后，硅片还需要进行磨光，以使其表面平整度达到要求。硅片磨光的主要目的是去除切割过程中产生的缺陷和凹凸不平，使硅片表 面能够达到洁净、光滑且平整的要求。 磨光过程分为粗磨、中磨和精磨。常用的磨光方法包括化学机械研磨（CMP）、机械磨光（lapping）和抛光（polishing）等。 以上就是单晶硅的生产工艺流程。通过硅源净化、单晶生长、切割加 工和磨光等步骤，可以生产出高质量和高纯度的单晶硅材料，满足不同领 域的需求。
CZ法,直拉法又称为切克劳斯基法 1918年由切克劳斯基(Czochralski )建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体外表进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支硅单晶就生长出来了。 图U £(拉乐品碎和相应生氏部位的示證圉
区熔法又称FZ法，即悬浮区熔法。 区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接 单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。[ 区熔法分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难 以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。 Floating Zone Method Poly Si Rod Heating Coils Movenient Heating Coils
磴场直拉法 magnetic field applied Czochralski method 複据施加磁场的方向，MCZ法可分为两种:磁场方向垂宜于品体生长轴的，称为橫向磁场〔HMCZ〕;磁场方向平行于晶体生长帕的，那么称为纵向盛场〔VMCZ〕。 根据目前的实际应月效果来看，谊者多应用丁•硅单品生长方面，后者多用丁化合物半导体单品生长方面.作为磁体发生装置大致可分为常规瞪体和趙导磁体两种.前者在技术上比拟简单.操作方便，但磁体的体积和耗电量葫比拟大;后者的磁体体积和耗电虽都比拟小，但一次投资大，技术比拟艮杂旦操作不如前者简单和方便.当前肯规磁体和超导磁体均枚采用. MCZ法.与宜拉法柜比，除穗体外，所用的主体设备〔如罩品炉等〕并无大的差异. MCZ法的根本原理为:在熔体施加磁场后，运动的导电熔体体元受到洛伦兹力作用.洛伦之力为F-qVXB式中q为熔体体元具有的电荷，V为体元的运动速度，B为碗感应强度矢虽:•，由洛伦兹定律可知，穿过磁力线运动的导电熔体内幫便产生与移动方旬和礴场方向相垂宜的电流。此电淀与姦力线相互作用，使导电熔体受到与移动方向相反的作用力，使熔体流动受到揽制。也可将洛伦兹力抑制热对流的效应理解为磁场增加了熔体的动粘度.在磁沆体动力学中，常用哙特曼数\1来表征这个效应。材2 —〔立X即加逆场时动粘曳与不加磁场时动粘婆之比°式中月为磋导率，H为磁场强度，占为电导率，p为熔体童度…为粘滞系数，DM丈于I时就意味着加磁场时的熔体动粘交占优势.培加熔体的磁动粘度，眈提高了表征热左浣开始产生的临界琏利数RcRc之7rz〔召万〕
单晶硅的生产过程 单晶硅的生产过程 单晶硅, 生产 一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。
一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年
直拉法：直拉法即切克老斯基法（Czochralski: Cz）, 直拉法是半导体单晶生长用的最多的一种晶体生长技术。直拉法单晶硅工艺过程 －引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持略高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；｛（r 、、 －缩颈：生长一定长度的缩小的细长颈的晶体，以防止籽晶中的位错延伸到晶体中；－放肩：将晶体控制到所需直径；\"t －等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所需长度；W—收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；－降温：降底温度，取出晶体，待后续加工 直拉法—几个基本问题最大生长速度 晶体生长最大速度与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率、晶体密度等有关。提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。为了降低位错密度，晶体实际生长速度往往低于最大生长速度。 熔体中的对流 相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂质分布不均匀等。实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3 倍，晶体和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。 生长界面形状（固液界面）固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状。 生长过程中各阶段生长条件的差异直拉法的引晶阶段的熔体高度最高，裸露坩埚壁的高度最小，在晶体生长过程直到收尾阶段，裸露坩埚壁的高度不断增大，这样造成生长条件不断变化（熔体的对流、热传输、固液界面形状等），即整个晶锭从头到尾经历不同的热历史：头部受热时间最长，尾部最短，这样会造成晶体轴向、径向杂质分布不均匀。 直拉法—技术改进： 一，磁控直拉技术 1，在直拉法中，氧含量及其分布是非常重要而又难于控制的参数，主要是熔体中的热对流加剧了熔融硅与石英坩锅的作用，即坩锅中的O2, 、B、Al 等杂质易于进入熔体和晶体。热对流还会引起熔体中的温度波动，导致晶体中形成杂质条纹和旋涡缺陷。 2，半导体熔体都是良导体，对熔体施加磁场，熔体会受到与其运动方向相反的洛伦兹力作用，可以阻碍熔体中的对流，这相当于增大了熔体中的粘滞性。在生产中通常采用水平磁场、垂直磁场等技术。 3，磁控直拉技术与直拉法相比所具有的优点在于： 减少了熔体中的温度波度。一般直拉法中固液界面附近熔体中的温度波动达10 C 以上，而施加0.2 T 的磁场，其温度波动小于 1 Co这样可明显提高晶体中杂质分布的均匀性，晶体的径向电阻分布均匀性也可以得到提高；降低了单晶中的缺陷密度；减少了杂质的进入，提高了晶体的纯度。这是由于在磁场作用下，熔融硅与坩锅的作用减弱，使坩锅中的杂质较少进入熔体和晶体。将磁场强度与晶体转动、坩锅转动等工艺参数结合起来，可有效控制晶体中氧浓度的变化；由于磁粘滞性，使扩散层厚度增大，可提高杂
什么是单晶硅 单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。 在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。 单晶硅产品包括φ3”----φ6”单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合各种半导体、电子类产品的生产需要，其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验，达到世界先进水平。 相对多晶硅是在单籽晶为生长核，生长的而得的。单晶硅原子以三维空间模式周期形成的长程有序的晶体。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片 加工工艺： 加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长
（１）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的Ｎ或Ｐ型而定。杂质种类有硼，磷，锑，砷。 （２）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（１４２０℃）以上，将多晶硅原料熔化。 （３）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（４－６ｍｍ）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。 （４）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。 （５）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负２ｍｍ之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。 （６）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。 单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片
碳化硅单晶生长工艺 碳化硅单晶是一种非常重要的材料，被广泛应用于半导体行业、 能源行业和电子行业等领域。其优异的热传导性能、高温稳定性以及 高硬度等优点，使其成为高性能电子设备、LED制造、气体和液体传感器、高温加热元件、太阳能电池和火箭发动机喷嘴等领域的首选材料。 碳化硅单晶生长技术是制备碳化硅单晶的最基本方法。目前，碳 化硅单晶生长技术主要包括热离解法和物质气相沉积法，其中物质气 相沉积法的生长速度更快，品质更稳定。 碳化硅单晶生长工艺一般可以分为三个步骤：预制晶体、装配晶 体和生长晶体。预制晶体主要是制备碳化硅晶粒的种子，在预制晶体 过程中，需要进行均匀加热和降温处理，以创建晶体最合适的生长条件。装配晶体是指将预制晶体安装到生长晶体炉中的样品台上，这个 过程需要高度重视，保障晶体的平稳安装，避免晶体的移动和变形。 生长晶体是将化学气相输送的碳化硅材料沉积在种子上形成单晶，生 长速度可以通过生长压力、温度、反应气氛和化学气相输送速率等参 数来调节和控制。 为了获得良好的碳化硅单晶品质，生长过程需要充分控制和调节 各环节的参数。例如，生长温度需要根据晶片厚度和应用需求选择； 反应气氛需要保持恒定的化学成分和比例，一旦出现波动，会导致晶 体成分不均匀；化学气相输送速率需要根据晶体的生长速度来调节，
以保证单晶晶片的增长质量。此外，还需要注意生长过程中晶体表面的防污染措施和晶体带电情况等影响生长质量的因素。 总之，碳化硅单晶生长工艺是一项非常重要的技术，它直接影响到碳化硅单晶的品质和性能。因此，在实际生产中，我们需要通过科学的调节方法和质量控制措施，使得碳化硅单晶制备出来的产品能够满足不同领域的应用需求。
CZ生长原理及工艺流程 CZ法的基本原理，多晶体硅料经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶锭的拉制。炉内的传热、传质、流体力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长与生长成的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转与升降速率，炉内保护气体的种类、流向、流速、压力等。 CZ法生长的具体工艺过程包括装料与熔料、熔接、细颈、放肩、转肩、等径生长和收尾这样几个阶段。 1．装料、熔料 装料、熔料阶段是CZ生长过程的第一个阶段，这一阶段看起来似乎很简单，但是这一阶段操作 正确与否往往关系到生长过程的成败。大多数造成重大损失的事故(如坩埚破裂)都发生在或起源于这一·阶段。 2．籽晶与熔硅的熔接 当硅料全部熔化后，调整加热功率以控制熔体的温度。一般情况下，有两个传感器分别监测熔体表面和加热器保温罩石墨圆筒的温度，在热场和拉晶工艺改变不大的情况下，上一炉的温度读数可作为参考来设定引晶温度。按工艺要求调整气体的流量、压力、坩埚位置、晶转、埚转。硅料全部熔化后熔体必须有一定的稳定时间达到熔体温度和熔体的流动的稳定。装料量越大，则所需时间越长。待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3～5mm距离，使粒晶预热，以减少籽经与熔硅的温度差，从而减少籽晶与熔硅接触时在籽晶中产生的热应力。预热后，下降籽晶至熔体的表面，让它们充分接触，这一过程称为熔接。在熔接过程中要注意观察所发生的现象来判断熔硅表面的温度是否合适，在合适的温度下，熔接后在界面处会逐渐产生由固液气三相交接处的弯月面所导致的光环(通常称为“光圈”)，并逐渐由光环的一部分变成完整的圆形光环，温度过高会使籽晶熔断，温度过低，将不会出现弯月面光环，甚至长出多晶。熟练的操作人员，能根据弯月面光环的宽度及明亮程度来判断熔体的温度是否合适。 3．引细颈 虽然籽晶都是采用无位错硅单晶制备的[16～19]，但是当籽晶插入熔体时，由于受到籽晶与熔硅的温度差所造成的热应力和表面张力的作用会产生位错。因此，在熔接之后应用引细颈工艺，即Dash技术，可以使位错消失，建立起无位错生长状态。