当前位置：文档之家 › 多晶硅生产中的分析检测(学员版).

多晶硅生产中的分析检测(学员版).

  • 格式：doc
  • 大小：479.00 KB
  • 文档页数：84

多晶硅生产中的分析检测

第一部分化学分析部分

第一节光谱定量分析基础

一、基本原理

光谱定量分析目前大约有三种方法。即目视法、摄谱法和光电直读法。目视法主要应用于作定性和半定量分析,用途很广。因为具有分析速度快、结果可靠等优点。光电直读法将在后面简单介绍。这里主要介绍摄谱法定量分析。

光谱定量分析主要是根据被测试样中的浓度的相互关系,可用经验公式表示:

I=aC b(1

式中a及b是常数,与实验条件有关。这个公式称为罗马金公式。是光谱定量分析的基本公式,对上式取对数得:

logI=blogC+loga (2

以logI对logC作图所得曲线在一定的浓度范围 内为一直线。如图3-22所示:

ⅠlogI=logC+loga (b=1

ⅡlogI=blogC+loga (b<1

系数b决定曲线的斜率,当b=1时,曲线与横

坐标(logC的夹角为45°。常数a则决定曲线在纵

坐标上的位置。曲线表明,在元素浓度较小的情况下

(曲线的直线部分OA,可认为b是常数,且b=1。

随着浓度的增大,强度的增加将逐渐趋于缓慢,浓度

达到一定高度,曲线(AB部分变成弯曲,这时则认为b不是常数,且b<1。

常数a,因受到试样基体元素的组成、放电间隙的气氛、放电条件、物质由固态到气态的“转化”过程,弧焰的激发温度等因素的影响,问题是十分复杂的。

公式(2表示了光谱定量分析的基本概念:就是试样中元素的浓度(含量不同,则谱线强度也不同。并且由乳剂特性曲线可知,谱线的强度不同,在感板上所得到的谱线的黑度也不同。根据谱线的强度或黑度,就可以求得样品中元素的含量。

二、内标法

在实际分析中,很少根据测量谱线的绝对强度作定量分析。因为蒸发、激发过程和曝光等条件不可能严格不变,稍有变化,就会影响谱线强度,从而不能获得准确的分析结果。所以,一般都测量谱线的相对强度,即在被分析的元素谱线中,选一根谱线称为分析线(或称杂质线,在基体元素

(或定量加入某元素中,选一根谱线称为内标线,(或称比较线,这一线对称为分析线对。分析线与内标线的绝对强度之比称为相对强度。测量谱线相对强度的方法叫内标法。内标法可使谱线强度由于光源波动而引起的变化得到补偿。当分析采用棒状或块状样品时,一般以试样基体元素作为内标元素,选择一根基体线作为内标线。当采用粉末或溶液状态的样品时,同样可以采用样品中主要成分元素作为内标元素,但也可以在样品中加入一定量的专门作为内标的元素或化合物。

下面介绍内标法的工作原理。

设分析元素含量为C 1,对应的分析线强度为I 1,根据公式(1可得:

I 1=a 1C 1b1 (1 a

同样,对内标线则:

I 2=a 2C 2b2 (1 b

因为当以基体元素作为内标元素时,无论在标样或试样中,内标元素含量都较高,接近于常量(或者在粉末或溶液状态的样品中加入专用内标时,则因为在标样及试样中都加入等量的内标元素,所以公式(1b 可写成 I 2=a 3=常数

将(1 b 式除以(1 a 式,化简(并将分析元素含量C 1改写为C ,吸收系数b 1改写为b 后得:

b AC I I R ==

2

1

(3 式中:A —常数。 对上式取对数可得:

A C b I I R log log log

log 2

1 +== (4 式中:R —分析线对的相对强度或强度比。

(4式即为内标法光谱定量分析基本解析式。由式中可以看出,当以分析线对的相对强度logR 为纵坐标、以标准样品中分析元素含量的对数logC 为横坐标作出的工作曲线为一直线。

要强调指出的是用内标法时,内标元素及内标线并不是任意选择的,选择的原则是要能满足一定的蒸发和激发条件,否则达不到补偿光源不稳定的效果。如何选择内标元素,主要有以下四点:

1、原来样品内应不含或仅含极少量所加内标元素。

2、作内标元素的试剂或化合物应有很高的纯度,不含有待分析的元素。

3、内标元素与分析元素在光源作用下应有相近的蒸发性质,这要通过试验作出蒸发曲线,并根据相似的形状来选择。如图3-23所示。

1为最理想的蒸发条件,可获得良好的再现性。5为最差的蒸发条件,硅不宜用作为锆的内标。

4、要示分析线及内标线具有均称性,才能组成分析线对,为此要求如下: (1从激发电位上考虑,必须要求分析线对的激发电位尽量接近。因为只有在激发电位相近时,线对的强度才不受激发条件变化的影响。

尽量避免使用由一条原子线与一条离子线组成的分析线对。

(2从试样的蒸发过程考虑,所选的内标元素的熔点,沸点及其它化学性质应尽可能地与分析元素相近。

(3分析线对中的任何一条线都不应受其它谱线的干扰。

(4尽量不选用自吸线或自蚀线,特别是在分析高含量时要避免选用最后线。

(5为了降低反衬度的影响和乳剂不均匀产生的误差,所选线对的波长要靠近。

(6内标线的谱线强度要适中,通常内标线的黑度80~120为宜(测光值。

(7分析线对分析的含量范围内要有较高的浓度灵敏度,也就是说随含量的变化,谱线的相对强度要有显著的变化,且工作曲线成直线。

三、定量分析方法

1、三标准试样法

三标准试样法是光谱定量分析的最基本的方法。持久曲线法及控制试样等分析方法,都是以它为基础的。所谓三标准试样法,就是需要按确定的分析条件用三个或三个以上分析元素含量有高低的一套标准样品,与分析试样在同一块照相底板上摄谱,测量谱板上各元素分析线与内标线的黑度值。由此可以求得这些谱线的强度的对数值logI或者分析线对的强度比的对数logR,或者分析线对的黑度差值ΔS。一般定量分析工作都采用内标准法,所以应用分析线对的强度比的对数logR或分析线对黑度差ΔS与相对应的含量的对数logC的坐标制作工作曲线。在相应的工作曲线上,查出它所对应的元素含量的对数logCx,再求出含量Cx。这种定量分析方法就是三标准试样法。 设分析线对所处波段的感光板反衬度为γ,测得分析线黑度为S 1,内标线黑度Sn ,则ΔS=S 1-Sn 。当黑度都处于乳剂特性曲线的直线部分时,(参见图3-24则有:

i I S -=11log γ

n n n i I S -=log γ

若分析线与内标线很靠近,感光板在该区域内乳剂性质相同,则n γγ=1,n i i =1。所以分析线对的黑度差为:

R I I S S S n

n log log

1

1γγ==-=∆ 将内标法基本公式(4R log 代入上式,经整理,则:

A C b S log log γγ==∆ (5

(5式即为摄谱分析中的三标准试样法的解析

式,这时以S ∆对C log 作出的工作曲线是直线。如用P 标尺测量则为: A C b P P P log log λγ+=∆ (6

工作曲线的绘制:作常量分析,通常采用普通的方格坐标纸,以黑度差S ∆(或P ∆为纵坐标,以C log 为横坐标,绘制工作曲线。痕量分析中,多以R log 为纵坐标,C log

为横坐标绘制工作曲线。

为了不影响读数的准确性,绘制工作曲线的比例不能太小,并且应该随着含量的增高而增大,两个坐标轴上的比例也要一致。

由于测量的偶然误差的存在,工作曲线上的点子很可能不在一条直线上。这时如果已知工作曲线是直的,要绘制正确的工作曲线,应满足下列两个条件:

(1位于直线上部的所有点到直线的垂直距离的总和,应该近似地等于直线下部所有点到直线垂直距离的总和。

(2各点对直线的偏移应当尽可能小。

假定有五个标准试样,点子分布如图3-25所示。 图中绘制出三种工作曲线:

a 、工作曲线绘制得正确;

b 、工作曲线绘制得不正确,没有满足第一个条件;

c 、工作曲线绘制得不正确,没有满足第二个条件。

绘制工作曲线时,根据上述两个条件,取一根细线固定在方格纸上,标出以毫米为单位的点对工作曲线位置的垂直偏移。如果在线两边的偏移总和不相等,再将线向偏移大的方向移动,直至偏移总和相等为止。然后用铅笔固定细线的始终两点位置,并通过这两点,用直尺画出一条直线。

实际应用中经常采用半对数来代替方格坐标纸,这样纵坐标仍然是S 或R log ,横坐标不是C log 而是C 。

四、思考题

1. 光谱定量分析的依据是什么?

2. 为什么要采用内标法?

3. 什么是三标准试样法?

————————————

第二节三氯氢硅或四氯化硅中痕量杂质的化学光谱分析(水解法

1、原理

SiHCl3和SiCl4经水解,然后用氢氟酸除去基体,其中含有的杂质富集在残渣中,以溶液残渣法进行光谱测定。

2、试剂器皿:

2.1 氢氟酸:MOS级。 2.2 水:将离子交换水再蒸馏一次(三次水。

2.3 盐酸:优级纯。

2.4 1.5%聚苯乙烯苯溶液。

2.5 酒精:优级纯。

2.6 铂金坩埚

2.7 光谱纯石墨电极。

2.8 天津Ⅱ型紫外感光板。

2.9 石英小烧杯:12个。

2.10 移液管:1ml两根,10ml一根。

2.11 烧杯::500ml一个,200ml一个。

3、设备和仪器

3.1 Q-24中型石英摄谱仪:需220V稳压电源,温度:23±2℃,相对湿度<65%。因有电路系统和电器元件还应避免潮湿、沾污。

3.2 Q-24中型石英摄谱仪的维护和保养:设备保持通风干燥,避免与酸、碱接触,无尘。电极架、光具座导轨要经常上油润滑,暗匣不可与湿手接触或被定影剂溅湿,光学元件、透镜应由专责人员拭洗。

3.3有一定排风能力的风橱,电机,专用排风排废水管道。

3.4 分析天平一台,精确度万分之一。校检周期为一年。

3.5 Zeiss—Ⅱ型测微光度计。

3.6 光谱分析用的计算板。 3.7 环境要求:工作现场卫生整洁,保持工作环境高纯卫生,温度23±2℃,相对湿度小于65%.

4、产品形成过程控制

4.1 工艺流程图

4.2过程控制

4.2.1 要点:三氯氢硅或四氯化硅经水解,然后用氢氟酸除去基体,其中含有的杂质富集在残渣中,以溶液残渣法进行光谱测定。本方法可以同时测定铁、铝、钙、镁、铬、锡、锌、钴、镍、铜、铟、锰十二个元素。

4.2.2 杂质标准溶液的配制:所测定杂质分别配制成标准溶液,将各杂质元素的标准溶液合并于一个容量瓶中,稀释以备用。

4.2.3 程序

4.2.3.1 分析试样的处理

在洗净的铂坩埚中加入三次水,将坩埚置于冰水中(或干冰加洒精作冷却剂,用干燥的聚乙烯吸管吸取定量的三氯氢硅慢慢地滴入坩埚中,轻轻地摇动使其完全水解,然后沿壁加入氢氟酸,使硅酸溶解,再用氢氟酸洗净坩埚外壁,加上坩埚盖,于低温电热板蒸发至干,在高温石墨板上烘烤数分钟,取下并除去坩埚盖子,加盐酸和石英蒸馏水,置于低温电炉上浓缩,再加入铍内标,转移到已滴加一滴聚苯乙烯溶液的一对平头石墨电极上,在红外灯下烤干,平行操作三份,并作空白试验。

4.2.3.2 标准系列的配制:

合集下载

多晶硅还原生产常见问题及控制对策分析

多晶硅还原生产常见问题及控制对策分析

多晶硅还原生产常见问题及控制对策分析

摘要：近年来，我国的光伏产业有了很大进展，在光伏产业中，多晶硅的应用十分广泛。在全球范围内新能源越来越受重视的背景下，多晶硅行业取得了快速发展的契机，在短短几年里取得了繁荣与发展，同时呈现出过剩现象。在多晶硅生产过程中，还原生产工艺是最为关键的工艺。本文首先对多晶硅还原生产工艺概述，其次探讨了多晶硅还原生产常见问题，最后就多晶硅还原生产问题的控制对策进行研究，以期为多晶硅生产提供参考。

关键词：多晶硅；还原生产；光伏产业

引言

太阳能光伏产业，作为新能源产业结构体系中发展较为成熟的产业，在碳中和背景下规模将进一步扩大，并成为“双碳”目标得以实现的重要保证。多晶硅是制造集成电路、光伏太阳能等的关键材料。因此，多晶硅生产企业迎来了机遇，但也面临更大的压力，因为市场对多晶硅品质的要求在不断提高。只有不断提升自身的产品质量，实现闭式循环节能减排，才能长久持续发展。

1多晶硅还原生产工艺概述

多晶硅生产中改良西门子法是其中一项西门子工艺，在1100℃高纯硅芯中，使用高纯氢还原高纯三氯氢硅，硅芯上方完成多晶硅沉积在。这种改良西门子工艺，是以传统西门子工艺为前提进行创新，具备节能降耗、可回收利用的特征，多晶硅生产期间同时有H2、HCl、SiCl4一类的副产物和副产热能产生。使用这种改良西门子法，多晶硅生长阶段多是在还原炉内部操作完成。还原炉包括底盘、炉筒，其中底盘上有分布电极分布，常见的若干对棒还原炉即根据电极对数得名，例如常见的有24对棒还原炉和36对棒还原炉。还原炉底盘在多晶硅重量承载这一方面是不可或缺的部件，也负责承担供电和物料进出、物料分布等，利用底盘的绝缘材料、冷却介质流通管路等，即可实现以上一系列操作功能。还原炉炉筒对于多晶硅而言，也是非常必要的生长空间，还原炉炉筒高度、空间，都会对多晶硅实际产能、电耗指标等造成影响，利用炉筒视镜、冷却介质进回路，便可达到温度与多晶硅生长过程的实时监测目的，并实现设备的冷却。

硅中杂质的检测

硅中杂质的检测

8．1．2 硅中氧的测量

硅中氧的测量主要有四种方法。一种是熔化分析法(Fusion Analysis，FA)，这是早期用来测量氧浓度的方法。它是将硅在石墨坩埚中熔化，温度高达l700℃左右，硅中的氧和石墨反应产生CO

气体，然后用红外方法测量气体浓度。这种方法费时费力，而且精度不高，现在已不太使用。一种是带电粒子活化法(CPAA)，这种方法可以测量硅中总的氧的浓度，但是方法繁杂，费用昂贵。一种是二次离子质谱法(Second Ion Mass Spectroscopy，SIMS)，这种方法制样方便，也能测量硅中所有形态氧的总的含量，但是它的测量精度较低，一般在1018cm-3数量级。再一种就是红外光谱分析法(Infrared Spectroscopy)，这种方 法仅仅能够测量硅中间隙态的氧，其优点是迅速准确，测量精度可以达到1×1016cm-3。因此，红外光谱分析法是测量硅中氧的含量的常规方法。但是由于载流子的吸收，这种方法在测量重掺硅单晶中氧浓度时受到限制。

当波数大于4000cm-1时，红外光基本可以无吸收地透过硅晶体。在中红外光谱段(400～4000cm-1)，由于晶格振动的影响，当红外光透过时，要被硅晶体产生吸收。因此，在测量硅中氧碳等杂质时，要应用不含杂质的高纯区熔硅单晶作为参比样品，从而在光谱中去除硅晶格吸收的影响，得到相关杂质的吸收峰。在室温测量的中红外区域，硅中间隙氧有三个吸收峰，分别在515、1107、1720cm-1，其中的1107cm-1峰最强，如图8．6所示，其半高宽约为32cm-1，而在液氦温度测量时，该峰变得尖锐，峰的位置在1136cm-1波数。该峰被认为是Si—O—Si的反对称伸缩红外局域振动模式吸收，用来在室温下计算硅中间隙氧的浓度，计算公式是：

其中，C为转换系数，αmax为最大吸收系数。

自Kaiser和Keck[22]首先发现了硅中间隙氧浓度和1107cm-1吸收峰强度之间的线性关系后，已有许多确定转换系数的实验。不同的国家采用了不同的标准，美国早的ASTM标准是采用4．81[23]，以后更改为2．45[24]，德国的DIN标准也是采用2．45[25]，H本的JEIDA则采用3．01[26]，我国国标采用的转换系数是3．1。值得推荐的是，Boghdadi等人利用国际间的合作，在多个实验室对此转换系数进行了精确测量，建议其为3．14±0．09，具有可靠性[27]。目前，美国的ASTM标准也已应用3．14作为测量间隙氧的红外吸收转换系数[28]。

多晶硅风险辨识与评价范文（二篇）

多晶硅风险辨识与评价范文（二篇）

第 1 页 共 7 页 多晶硅风险辨识与评价范文

多晶硅 (Polysilicon) 是太阳能电池制造过程中的关键材料之一，其质量直接影响到太阳能电池的性能。然而，多晶硅的生产过程中存在一定的风险。本文将对多晶硅生产常见的风险进行辨识和评价，以期增加对这些风险的认识和掌握。

一、多晶硅生产的基本过程

多晶硅的生产过程主要包括硅矿选矿、冶炼、制粒、精炼、晶体生长和切割等环节。

硅矿选矿阶段存在安全风险。硅矿通常包含一定比例的有害元素，如铁、铝、锰、磷等，其操作过程中可能会释放有害气体或产生有害废物，对操作人员和环境造成威胁。

冶炼阶段可能产生高温、高压和有害气体。冶炼过程中需要将硅矿进行高温还原，同时还会产生大量的硅热和煤烟，这些有害气体包括二氧化硅、氮氧化物和硫化物等，对操作人员的身体健康和环境造成潜在危害。

制粒阶段存在粉尘污染风险。制粒过程中需要将冶炼产生的硅热研磨成颗粒状的多晶硅，这个过程中会产生大量的粉尘，对操作人员的呼吸系统和环境造成威胁。

精炼阶段存在化学危险。精炼是提高多晶硅纯度的重要环节，其中常用的精炼方法包括氯化法和溴化法。这些精炼方法中使用的化学第 2 页 共 7 页 物质如氯气、溴气等具有一定的毒性和腐蚀性，对操作人员的健康和环境造成危害。

晶体生长阶段存在高温和高压风险。晶体生长过程需要将精炼的多晶硅放入硅炉中加热，使其逐渐转化为单晶硅，这个过程中需要高温、高压和高纯度的气氛，如果操作不当可能会引发炉内爆炸等安全事故。

切割阶段存在生产工艺风险。切割是将生长好的单晶硅切割成薄片，用于制造太阳能电池。由于切割过程中需要使用金刚石线锯和高温炉等设备，存在设备故障、操作失误等风险，对操作人员和设备造成潜在风险。

二、多晶硅生产风险的评价方法

针对多晶硅生产过程中的风险，可以采用定性评价和定量评价两种方法。

1. 定性评价

定性评价主要是通过对风险源、暴露方式和受体的分析，综合考虑生产过程中可能导致的事故和灾害，进行病害评价、安全评价和环境评价等。具体的评价方法包括故障树分析、事件树分析、风险矩阵评估等。

多晶硅工艺难点分析报告

多晶硅工艺难点分析报告

多晶硅工艺难点分析报告

一、引言

多晶硅工艺是太阳能电池制造过程中的关键环节，其质量和效率的提升直接影响着太阳能电池的性能和成本。本报告将对多晶硅工艺中的难点进行分析，以期为相关领域的研究人员和工程师提供参考。

二、多晶硅工艺流程

多晶硅工艺主要包括硅熔炼、成棒和切片、多晶硅片的氧化和清洗等步骤。这些步骤的每一个环节都存在着一定的难点和挑战。

1. 硅熔炼

硅熔炼是多晶硅制备的首要步骤。随着太阳能电池行业的发展，对多晶硅的纯度要求不断提高，因此在硅熔炼过程中需要解决以下问题：

（1）纯度：多晶硅中杂质的存在会影响硅片的电学性能，因此如何降低多晶硅中杂质的含量是一个难点。目前，常用的方法是利用等离子体对熔融硅进行清洁，以减少杂质。

（2）晶格结构：多晶硅的晶格结构决定了其电子和光学性质。然而，多晶硅的晶格结构受到大气中的杂质、温度和压力等因素的影响，因此如何控制晶格的结构是一个难题。

2. 成棒和切片

多晶硅经过熔融后，需要通过成棒和切片的工艺步骤来制备单晶硅片。成棒和切片的过程中存在以下难点：

（1）拉棒成长：成棒的成长过程需要控制并保持高纯度的硅材料，同时还需要控制拉速、拉力和温度等参数。拉棒过程中的结晶行为和溶质分布对单晶硅片的质量和性能起着重要作用。

（2）切片和后续处理：切片是将成棒切割成薄片的过程。切片过程中可能会产生晶体缺陷和切割损伤，因此需要进行后续的修复和处理，同时保证硅片的厚度均匀性。

3. 氧化和清洗

多晶硅片的氧化和清洗是为了提高硅片的表面质量和电学性能。在氧化过程中，需要解决以下问题：

（1）氧化层的控制：氧化层的厚度对太阳能电池的性能有着重要影响。如何实现对氧化层厚度的精确控制是一个难点。

（2）清洗工艺的优化：清洗过程旨在去除硅片表面的杂质和有机物，但同时也需要避免对硅片造成损伤。如何选择合适的清洗溶液和参数进行清洗工艺的优化是一个难题。