晶体生长模拟软件FEMAG之晶体生长方法介绍

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定向凝固法的热点问题
连续的材料供给：与连续直拉法（CCZ）相同，成本降低有 局限性 需要额外的供料系统 需要小尺寸原材料或者硅粉供给 单晶铸锭: 直拉法的品质但只需定向凝固法的成本，巨大的成本降低 潜力 无额外的设备投入 热场设计（近籽晶区域温度场和加热功率分布） 领先者是 BP Solar, GT Solar 以及中国的一些光伏企业.
t 1800 1740 1680 1620 1560 1500 1440 1380 1320 1260 1200 1140 1080 1020 960 900 840 780 720 660 600 540 480 420 360 300
Cz法
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直拉法（CZ）
半导体和光伏产业中的当前热点都与提高晶体生长产量和 质量有关 连续提拉法（CCZ） 磁场拉晶法（ MCZ ） 提高生长速度
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定向凝固法的热点问题
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定向凝固法的热点问题
定向凝固多晶铸锭的现实情况： 1) 定向凝固生长的良好品质的单晶片，其电池转换效率接 近于直拉法生长的单晶片（GT Solar为： 18.8% ）
2) 平均而言，直拉法多晶和定向凝固法多晶的差距仅为 0.5%~1% ，比传统的定向凝固多晶片高1%
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区熔法（FZ）
主要适用于大功率设备
世界最高的电池转换效率也是基于区熔法 设备和原材料昂贵
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定向凝固法（DSS）
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定向凝固法（DSS）
在过去几年半导体晶体生长制造商都因采用直拉 法/垂直梯度凝固法（ CZ/VGF ）而获益
直拉法（CZ）
结构损失（ Structure lose ）是当前影响生长产出的最主 要原因：
在热应力的某个区域，晶体是处于亚稳态的，某种微扰能对于其离开亚稳 态是必要的。在该模型中，可以了解到晶体能承受的应力要大于拉伸测试 的临界值。 根据位错形成的经典理论，位错的形成开始于生长界面附近某区域，其应 力达至最大值，位错继而会向晶体深处生长。在应力比较高的区域，因以 下原因产生的微扰能会导致位错的形成。 - 温度波动（流体力学/生长系统非稳定性） - 局部回熔 - 到达生长界面处的粒子
晶体生长模拟软件FEMAG之晶体生长方法 介绍
块晶体材料
哪些工业领域需要用到各类块晶体材料？ 半导体和光伏产业用硅/锗晶体材料 用于通信，LED,国防和光伏产业的Ⅲ-Ⅴ族化合物晶体材 料，如GaAs Inp InSb SiC GaN等 红外成像用HgCdTe晶体材料 高能物理，医学成像和光学工业用氟化物/卤化物/氧化物 闪烁晶体 其它工业领域
1) 在集成电路产业中大约90% 的单晶生长都使用直拉法技 术 2) 部分锗晶体生长使用直拉法 3) 蓝宝石和大多化合物晶体生 长使用直拉法，或者其衍生 技术如泡生法，液封直拉法 （ LEC ）等 4) 在光伏市场中的直拉法晶片 的市场占有率会略低于定向 凝固法生产晶片
psi 7.4E-05 7.1E-05 6.8E-05 6.5E-05 6.2E-05 5.8E-05 5.5E-05 5.2E-05 4.9E-05 4.6E-05 4.3E-05 4.0E-05 3.6E-05 3.3E-05 3.0E-05 2.7E-05 2.4E-05 2.1E-05 1.7E-05 1.4E-05 1.1E-05 8.0E-06 4.8E-06 1.7E-06 -1.5E-06 -4.7E-06
杂质控制（氧，碳）以及掺杂物
影响太阳能电池效率的微空隙和位错
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直拉法（CZ）
成本降低会受到设 备及材料消耗的限 制
需要进一步革新以 控制成本及增加产 出
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直拉法（CZ）
- 垂直型:
- Cusp :
- 水平型:
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导模法（EFG）
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热场设计的重要性
晶体生长的首要问题是设计适合的热场和 相应的操作条件，这不仅决定了晶体的主 要特性，对于每个集成电路晶片制造商而 言，也是最主要的核心技术所在。
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直拉法（CZ）
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直拉法（CZ）
3)总生产成本仅为直拉法的1/3，但具备单晶品质 4) 低功率衰减（ LID ）效应，低原材料消耗和更高的产 出
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VB 生长法
VB法（Vertical Bridgman）被广泛用于硅/锗单晶及其化合物 晶体生长
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块晶体生长方法
直拉法 (CZ)
区熔法(FZ)
定向凝固法(DSS) 垂直/水平布里兹曼法 (VB) 垂直梯度凝固法 (VGF) 物理气相沉积法(PVT)
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硅晶体生长方法
String Ribbon法 (Evergreen Solar Inc.专利设计)
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定向凝固法（DSS）
定向凝固法工艺的主要问题：
增加产出
晶粒尺寸的控制和增大 掺杂/杂质（ C/N ）分布
其成本是直拉法的 1/3， 光伏市场占有率超过 50% 低氧浓度 对硅原材料需求较低
位错
定向凝固法工艺的非主要问题： 生长速率 加热功率分布