浙江晶盛_技术特色

本公司自成立以来，连续自主研制了投料量从30公斤至300公斤等11种规格型号的全自动单晶硅生长炉产品。

公司的单晶硅生长炉除了用于光伏硅晶电池材料制备之外，其中有5种规格型号的单晶硅生长炉可用于半导体集成电路硅材料的制备。

2010年以来，公司又成功地推出了自主研发的投料量为480、600、800公斤的多晶硅铸锭炉产品。

多晶硅铸锭炉主要用于制备光伏多晶硅电池材料。

以上两类产品涵盖了多项创新性特色技术，主要内容如下：
一、与全自动单晶硅生长炉有关的特色技术
单晶硅生长炉是在真空状态和惰性气体保护下，通过石墨电阻加热器将多晶硅原料加热熔化，然后用提拉法生长单晶体的设备，简称“单晶炉”。

单晶炉工作原理请参见图1-1。

1、单晶硅生长全自动控制技术：公司研制的全自动单晶硅生长炉控制系统实现了从抽真空、检漏、压力化、熔料、稳定、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、停炉等12道工序的全过程自动控制。

2、双CCD直径控制系统和熔体液面位置控制技术
采用双CCD，结合非完整图像识别测量技术，分别对小直径的引晶及大直径的等径进行精确测量，使单晶棒等径误差≤±1mm/m，达到国际同类产品的先进水平。

利用CCD系统捕捉的图像信号，计算熔体液面位置，并调节坩埚升降速度，最终将液面位置控制在设定高度：实现坩埚速度的自动调节，将液面位置偏差控制在±0.2mm以内。

3、水冷夹套技术
本公司生产的单晶硅生长炉配置的水冷夹套装置（参见图1-2），安装在炉盖下方、熔体液面上方，可使离开生长界面的高温晶体得到快速冷却，参见图1-3的计算机仿真结果，图中从红色、黄色、绿色、蓝色区域代表温度场的温度逐渐从高到低，说明水冷套装置可大为提高晶体纵向温度梯度和晶体的生长速度。

例如公司生产的TDR100A-ZJS型单晶硅生长炉，配置22英寸热场和相应的水冷夹套装置，拉制8英寸单晶硅棒，其等径平均拉速>1.1mm/min，比传统设备生长速度提高30%，运行周期缩短15%，电耗节省20%。

4、单晶炉外部连续投料技术
本技术可使单晶炉在不需要停炉的情况下进行再次外部加料，改变了传统的单晶生长炉单炉只可以生长一根单晶棒的生产工艺，实现了单炉可连续生长2～5根单晶棒，节省了停炉冷却、清炉、装料、抽真空、化料等步骤所需的时间，提高了石英坩埚的利用率。

实现了大幅提高生产效率、降低能耗和进一步降低非硅成本的技术优势。

5、大直径单晶炉勾型电磁场装置
针对大尺寸集成电路级单晶炉，研发了勾型电磁场，可有效抑制硅熔体内的对流，减少熔体对石英坩埚内壁的冲刷，以降低硅单晶棒的氧含量和提高径向分布均匀性
6、全自动单晶炉机械特色
（1）采用国内首创、独特的副炉室与炉盖自动旋转机构，在副炉室与炉盖提升到位时旋开、
旋闭，实现取单晶棒过程的自动化操作
（2）经过严格的静平衡和动平衡测试的提拉头，在25～30rpm高速旋转下籽晶晃动小于2mm，可满足半导体硅单晶生长工艺的要求。

二、与多晶硅铸锭炉产品核心技术
多晶硅铸锭炉是在真空状态和惰性气体保护下，通过石墨电阻加热器将多晶硅原料加热熔化，然后在受严格控制的温度场中用定向凝固法生长多晶硅铸锭的设备，简称“多晶炉”。

1.多晶硅垂直定向生长随动隔热环结构技术
由保温材料固化毡组成的隔热环固定于隔热笼体内，隔热环可与隔热笼体随动，改善固液交界面形状，提高晶体质量，降低能耗。

2.多晶硅铸锭炉控制系统软件及技术
多晶硅铸锭生长过程耗时长，无法人工干预，因此，要求控制系统能实现生长全过程的全自动控制。

采用可编程逻辑控制器（PLC）作为核心控制单元，并配置组态软件控制的人机交互界面，操作简易，可预置工艺控制参数，可实时完成工艺编写；多项安全性检测和报警以及自动断电保护功能，保障设备使用安全；实现全程自动化控制。

3.顶侧分开控制的多晶硅铸锭炉加热装置技术
针对顶部加侧面的五面加热方式，双电源可对顶部和侧面加热器进行独立控制，使得多晶硅在结晶过程中形成一个垂直的温度梯度，确保了生长界面的平坦，有利于改善后期铸锭质量和提高成品率。

可缩短铸锭周期3～5小时，每炉可降低能耗300～400kwh。

通过计算机模拟，分析了使用单/双电源长晶过程的晶体生长界面形状。

如图2-1a，单电源长晶后期，侧加热器不能关闭，造成晶体侧面热量输入较多，靠近侧壁的晶体生长缓慢，生长界面明显向中心突出。

在图2-1b中，由于采用了双加热器，长晶后期侧加热器关闭，仅剩顶部加热器加热，晶体内的热量主要沿竖直方向传输，生长界面较平坦。

图2-2所示是以480公斤铸锭炉实验为例，两种设备长晶过程中晶体高度随晶体生长时间的变化对比。

双电源设备内晶体高度明显超过单电源，提早了3小时完成了长晶过程。

图2-3所示是加热器功率随时间变化曲线（蓝色的是双电源）。

长晶前半段时间内，双电源设备功率略高于单电源设备，但进入后半段，双电源功率迅速下降，且加热功率大幅度低于单电源长晶过程。

4.气冷式多晶硅铸锭炉新型闭式冷却系统技术
参见图2-4，通过利用热交换台、换热器、泵组、变频器等组成冷却气体的闭合气路，以流动气体对热交换台进行直接冷却，实现热交换台主动温度控制；相比辐射降温的被动方法，使热交换台整体温度均匀，有利于坩埚底部硅熔体的均匀成核、缩短长晶时间和降低能耗，并可明显提高硅片的光电转换效率。

气致冷多晶硅铸锭炉可以为类单晶和高效多晶硅工艺提供良好的设备技术条件。