多晶硅片生产工艺介绍
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浙江光普能源有限公司
多晶硅片生产工艺介绍
多晶硅片生产技术部
目录
一、光伏产业链
二、多晶硅片生产流程 三、半导体和硅材料
四、多晶硅片生产技术指标（简介）
一、光伏产业链
“晶体硅原料生产”+“硅棒/硅锭生产”为光伏产业链上游； “太阳能电池制造”+“组件生产”+“光伏产品生产”为光 伏产业链中游；“光伏发电系统”为光伏产业链下游。
本征半导体和杂质半导体
纯净半导体又叫本征半导体，就是指 晶体中除了本身原子外，没有其他杂质原 子存在。
假如在本征半导体中掺入杂质，使其 产生载流子以增加半导体的导电能力，这 种半导体称为杂质半导体。
n型和p型半导体
杂质半导体中以电子导电为主的称为n (negative)型半导 体(硅掺磷、砷等Ⅴ族元素)，以空穴导电为主的称为p (positive)型半导体(硅掺硼、镓等Ⅲ族元素) 。
硅材料的一些技术参数
1.导电类型 2.电阻率 3.少数载流子寿 命 4.晶向偏离度与 晶体缺陷 5.碳、氧含量 6.杂质控制 7.其他
四、多晶硅片生产技术指标
1.导电类型：由掺入的施主或受主杂质决定，P型多掺硼，N型 多掺磷。多晶硅片导电类型要求为P型。 2.电阻率：多晶铸锭时掺入一定杂质（多晶中统称母合金）以 控制电阻率，电阻率控制的是均匀度，电阻率均匀度包括纵向 均匀度、断面均匀度、微区均匀度，多晶硅片的电阻率控制在 1.0-3.0Ω.cm。 3.少子寿命：半导体中有电子和空穴两种载流子，在P型半导 体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子，那么在P型半 导体中电子就是少子。少子在受到外界光、电等刺激情况下所 产生的附加电子和空穴瞬间复合到消失的时间即为少子寿命。 多晶硅片的少子寿命时间在≥2μs。 4.碳、氧含量：在铸造多晶过程中，由于外在的诸多因素，造 成多晶铸锭后碳、氧含量不合格，直接影响后续电池片的转换 效率，一般多晶硅锭顶部碳含量较高，底部氧含量较高。标准 控制范围为O≤14ppm、C ≤16ppm。
半导体的性质
电阻率随温度的增加而减小（称为负温度 系数） 微量的杂质对半导体的导电性能有很大的 影响 光照可以改变半导体的电阻率
光生伏特效应
当入射光子的能 量大于禁带宽度时， 光照射在距表面很近 的p－n结，就会在p－ n结产生电动势，接通 外电路就可形成电流。 这称为光生伏特效应。 太阳能电池就是 利用光生伏特效应制 成的。
半导体材料是介于导体与绝缘体 之间的，导电能力一般的导体。它 的显著特点是对温度、杂质和光照 等外界作用十分的敏感。
半导体材料的内部结构
半导体材料之所以具有介于 导体与绝缘体之间的性质，一部 分原因是因为它的特殊的结构。 科学分析表明，硅原子是按照 金刚石结构的形式占据空间位置 （晶格）。 金刚石结构
加热器
长晶方向
硅溶液 热交换台 热流方向
硅锭经剖方后进行少子寿 命、电阻率、杂质等的检测，如 左图所示，为硅块的少子寿命截 面图。
2.2多晶切片生产流程
去头尾：将硅块的头部和尾部去除 配置砂浆：砂浆是为开方和切片用的
粘胶：将硅块粘接在晶托上，为 切片做准备。
切片：用WIRESAW将硅块切割成硅 片（wafer）
3.2什么是“硅材料”
硅：台湾、香港称为矽，化学元素符号Si， 相对原子质量为28.09，在地壳中的含量约占 27.6%，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
灰色金属光泽，密度2.33g/cm3，熔点 1410℃，沸点2355℃，溶于氢氟酸和硝酸的混 算中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和 石英之间。
公司设备图片
硅料清洗机
坩埚旋转台
喷涂台
坩埚烘箱
多晶铸锭炉
剖方机
无锡上机截断机
ห้องสมุดไป่ตู้
上海日进截断机
红外杂质探伤仪IRB50
少子寿命检测仪WT-2000D
切片机
硅片清洗机
三、半导体和硅材料
3.1什么是“半导体材料”
材料按照导电的能力来划分可以分为：
导体
——金属等
绝缘体——橡胶，塑料等
半导体——硅，锗等等
金刚石结构的排列特点是： 晶格立方格子的8个顶点有一个原子 晶格6个面的中心各有一个原子 晶格的4个对角线离顶点的1/4处各有一个原子
晶体的能带
导体存在一个电子不能填满的导带，故能导电。金属导体的电阻率约 为108～10－6欧姆· 米； 绝缘体只有满带和空带，没有导带，且禁带很大（3－6 eV） ，故不能 导电。绝缘体的电阻率约为108～1020欧姆· 米； 半导体只有满带和空带，但禁带很小（0.1－2eV），满带中的电子可以 在光、热、电作用下进入空带，形成导带。电阻率约为10－8～107欧姆· 米。
谢
谢！
5.杂质控制：在铸造多晶过程中，包括原料状况、多晶炉热场 材料等往往会带来大块的杂质，这些杂质的存在会严重影响后 续切片的效果，而且夹杂的硅片光电转换效率特别低，一般有 杂质的硅块直接去除。多晶硅块检测要求无杂质。 6.多晶硅片标准尺寸：156*156mm（8寸） 7.多晶硅片标准厚度：200±20 μm 8.硅片缺陷：隐裂、裂纹、线痕、崩边、缺口长度、深度等要 求（详见《多晶硅片检验标准》）
切割后多晶硅片
多晶硅片生产设备一览
主要工序 原料清洗
坩埚喷涂 多晶铸锭 硅锭剖方 硅块检验 去头尾 切片 硅片清洗
使用设备 硅料酸洗、碱洗机、硅料烘箱
喷涂站、坩埚烘箱 多晶铸锭炉 剖方机 少子寿命检测仪、杂质探伤仪、碳 氧含量检测仪 截断机 切片机 硅片脱胶机、硅片清洗机
产品 多晶原料（原生硅、循环 料）
二、多晶硅片生产流程
多晶硅片的生产流程包括：多晶原料清洗、检测→坩埚 喷涂→多晶铸锭→硅锭剖方→ 硅块检验→去头尾→磨面、倒 角→粘胶→切片→硅片脱胶→硅片清洗→硅片检验→硅片包 装→硅片入库
2.1多晶铸锭生产流程
公司铸锭用多晶炉为JJL500型 多晶炉，一次装载量在500KG，硅 料在高温下加热熔化。长晶过程中， 通过伺服控制器控制热交换台的上 升、下降以达到长晶的目的。长晶 的方向为向上生长，热流方向向下， 如右图所示。
喷涂后坩埚 多晶硅锭 多晶硅块 划线后硅块 小硅块 多晶硅片 多晶硅片
业内主流设备 张家港超声清洗设备
美国GT、德国ALD、绍兴精 工 HCT、上海日进 Semilab(施美乐伯）设备系 列（WT-2000D、IRB50) 无锡上机、上海日进 瑞士HCT、MB，日本NTC，德 国KUKA 张家港超声清洗设备
多晶硅片生产工艺介绍
多晶硅片生产技术部
目录
一、光伏产业链
二、多晶硅片生产流程 三、半导体和硅材料
四、多晶硅片生产技术指标（简介）
一、光伏产业链
“晶体硅原料生产”+“硅棒/硅锭生产”为光伏产业链上游； “太阳能电池制造”+“组件生产”+“光伏产品生产”为光 伏产业链中游；“光伏发电系统”为光伏产业链下游。
本征半导体和杂质半导体
纯净半导体又叫本征半导体，就是指 晶体中除了本身原子外，没有其他杂质原 子存在。
假如在本征半导体中掺入杂质，使其 产生载流子以增加半导体的导电能力，这 种半导体称为杂质半导体。
n型和p型半导体
杂质半导体中以电子导电为主的称为n (negative)型半导 体(硅掺磷、砷等Ⅴ族元素)，以空穴导电为主的称为p (positive)型半导体(硅掺硼、镓等Ⅲ族元素) 。
硅材料的一些技术参数
1.导电类型 2.电阻率 3.少数载流子寿 命 4.晶向偏离度与 晶体缺陷 5.碳、氧含量 6.杂质控制 7.其他
四、多晶硅片生产技术指标
1.导电类型：由掺入的施主或受主杂质决定，P型多掺硼，N型 多掺磷。多晶硅片导电类型要求为P型。 2.电阻率：多晶铸锭时掺入一定杂质（多晶中统称母合金）以 控制电阻率，电阻率控制的是均匀度，电阻率均匀度包括纵向 均匀度、断面均匀度、微区均匀度，多晶硅片的电阻率控制在 1.0-3.0Ω.cm。 3.少子寿命：半导体中有电子和空穴两种载流子，在P型半导 体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子，那么在P型半 导体中电子就是少子。少子在受到外界光、电等刺激情况下所 产生的附加电子和空穴瞬间复合到消失的时间即为少子寿命。 多晶硅片的少子寿命时间在≥2μs。 4.碳、氧含量：在铸造多晶过程中，由于外在的诸多因素，造 成多晶铸锭后碳、氧含量不合格，直接影响后续电池片的转换 效率，一般多晶硅锭顶部碳含量较高，底部氧含量较高。标准 控制范围为O≤14ppm、C ≤16ppm。
半导体的性质
电阻率随温度的增加而减小（称为负温度 系数） 微量的杂质对半导体的导电性能有很大的 影响 光照可以改变半导体的电阻率
光生伏特效应
当入射光子的能 量大于禁带宽度时， 光照射在距表面很近 的p－n结，就会在p－ n结产生电动势，接通 外电路就可形成电流。 这称为光生伏特效应。 太阳能电池就是 利用光生伏特效应制 成的。
半导体材料是介于导体与绝缘体 之间的，导电能力一般的导体。它 的显著特点是对温度、杂质和光照 等外界作用十分的敏感。
半导体材料的内部结构
半导体材料之所以具有介于 导体与绝缘体之间的性质，一部 分原因是因为它的特殊的结构。 科学分析表明，硅原子是按照 金刚石结构的形式占据空间位置 （晶格）。 金刚石结构
加热器
长晶方向
硅溶液 热交换台 热流方向
硅锭经剖方后进行少子寿 命、电阻率、杂质等的检测，如 左图所示，为硅块的少子寿命截 面图。
2.2多晶切片生产流程
去头尾：将硅块的头部和尾部去除 配置砂浆：砂浆是为开方和切片用的
粘胶：将硅块粘接在晶托上，为 切片做准备。
切片：用WIRESAW将硅块切割成硅 片（wafer）
3.2什么是“硅材料”
硅：台湾、香港称为矽，化学元素符号Si， 相对原子质量为28.09，在地壳中的含量约占 27.6%，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
灰色金属光泽，密度2.33g/cm3，熔点 1410℃，沸点2355℃，溶于氢氟酸和硝酸的混 算中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和 石英之间。
公司设备图片
硅料清洗机
坩埚旋转台
喷涂台
坩埚烘箱
多晶铸锭炉
剖方机
无锡上机截断机
ห้องสมุดไป่ตู้
上海日进截断机
红外杂质探伤仪IRB50
少子寿命检测仪WT-2000D
切片机
硅片清洗机
三、半导体和硅材料
3.1什么是“半导体材料”
材料按照导电的能力来划分可以分为：
导体
——金属等
绝缘体——橡胶，塑料等
半导体——硅，锗等等
金刚石结构的排列特点是： 晶格立方格子的8个顶点有一个原子 晶格6个面的中心各有一个原子 晶格的4个对角线离顶点的1/4处各有一个原子
晶体的能带
导体存在一个电子不能填满的导带，故能导电。金属导体的电阻率约 为108～10－6欧姆· 米； 绝缘体只有满带和空带，没有导带，且禁带很大（3－6 eV） ，故不能 导电。绝缘体的电阻率约为108～1020欧姆· 米； 半导体只有满带和空带，但禁带很小（0.1－2eV），满带中的电子可以 在光、热、电作用下进入空带，形成导带。电阻率约为10－8～107欧姆· 米。
谢
谢！
5.杂质控制：在铸造多晶过程中，包括原料状况、多晶炉热场 材料等往往会带来大块的杂质，这些杂质的存在会严重影响后 续切片的效果，而且夹杂的硅片光电转换效率特别低，一般有 杂质的硅块直接去除。多晶硅块检测要求无杂质。 6.多晶硅片标准尺寸：156*156mm（8寸） 7.多晶硅片标准厚度：200±20 μm 8.硅片缺陷：隐裂、裂纹、线痕、崩边、缺口长度、深度等要 求（详见《多晶硅片检验标准》）
切割后多晶硅片
多晶硅片生产设备一览
主要工序 原料清洗
坩埚喷涂 多晶铸锭 硅锭剖方 硅块检验 去头尾 切片 硅片清洗
使用设备 硅料酸洗、碱洗机、硅料烘箱
喷涂站、坩埚烘箱 多晶铸锭炉 剖方机 少子寿命检测仪、杂质探伤仪、碳 氧含量检测仪 截断机 切片机 硅片脱胶机、硅片清洗机
产品 多晶原料（原生硅、循环 料）
二、多晶硅片生产流程
多晶硅片的生产流程包括：多晶原料清洗、检测→坩埚 喷涂→多晶铸锭→硅锭剖方→ 硅块检验→去头尾→磨面、倒 角→粘胶→切片→硅片脱胶→硅片清洗→硅片检验→硅片包 装→硅片入库
2.1多晶铸锭生产流程
公司铸锭用多晶炉为JJL500型 多晶炉，一次装载量在500KG，硅 料在高温下加热熔化。长晶过程中， 通过伺服控制器控制热交换台的上 升、下降以达到长晶的目的。长晶 的方向为向上生长，热流方向向下， 如右图所示。
喷涂后坩埚 多晶硅锭 多晶硅块 划线后硅块 小硅块 多晶硅片 多晶硅片
业内主流设备 张家港超声清洗设备
美国GT、德国ALD、绍兴精 工 HCT、上海日进 Semilab(施美乐伯）设备系 列（WT-2000D、IRB50) 无锡上机、上海日进 瑞士HCT、MB，日本NTC，德 国KUKA 张家港超声清洗设备