单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响
合集下载
相关主题
- 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)。
耗所带来的环境污染也越来越严重，并且伴随而来的全球气候变暖问题也愈
1
单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响
演愈烈。《独立报》公布的相关资料显示［4-6］，全球气候变暖问题的罪魁祸首 就是二氧化碳的大量排放，在过去的大半个世纪，二氧化碳气体排放量每年 增长的平均水平大约为 1.3ppm，但是自从上世纪九十年代以来，随着经济的 飞速增长，这个数据增长到 1.6ppm，2002-2003 年增长到 2.0ppm，甚至在 2005 年前 10 个月的未公开数据显示这个数字已经增长到 2.2ppm，二氧化碳排放 有一个著名的卡亚公式： 二氧化碳排放=人口×人均GDP×单位GDP能源消耗×单位能耗碳排放量。 由卡亚公式可以看出，二氧化碳气体排放量还将随着化石燃料的消耗继续增 长。
2
河北工业大学硕士学位论文
期短,规模大小随意,并且可以方便地与建筑物相结合，这样降低了建筑的受 热，降低了空调负荷，同时，光伏电池片还能作为建筑物的玻璃幕墙，节约 昂贵的外饰材料，无需架设电线，节省并入电网的投资，这些优点都是常规 发电和其他发电方式所没有的，因此太阳能具有其他新能源无与伦比的自然 优势 。 ［11-13］
In conclusion, and considering the actual production need, we can get the best suits of crystal growth metal level is -70mm, the most favorable technological parameters of integrity and uniformity is of crystal is Crucible Rotation 8rpm, Crystal Rotation 10 rpm. KEY WORDS: CZ-Si ，Minority carrier lifetime， Crucible Rotation， Crystal Rotation
传统化石能源的枯竭和环境问题的日趋恶化，使得人类必须尽快寻找能 源替代形式，保护环境，这就促使人类不断探寻新能源，并且近几年，随着 全球经济形势的极度波动，新能源已被提到了一个更具战略性的地位，世界 各国对新能源的开发利用都大大提升，各国在经济危机如此严峻的情况下仍 投入大量资金用于新能源领域的研发，很明显是想通过新能源破解经济危机 和气候变化危机，2008年11月,欧盟提出了《欧洲经济复苏计划》［7-10］,其中 的“绿色”投资为228 亿欧元,占2008 年欧盟GDP 的0.1%；美国2009年的经 济刺激方案中，关于能源领域的资金比例就达到整个资金计划的5％；英国近 期推出绿色振兴计划，将进一步提供贷款达10亿英镑，用于资助研制环保型 汽车的发展； 2009年4月9日,日本首相麻生太郎提出绿色投资金额为124亿美 元,占2008年日本GDP的0. 3%。中国也提出了包含节能与环境等投资的经济刺 激计划，中国出台了两年期4万亿元人民币(5860亿美元)经济刺激计划,其中 直接投向自主创新、结构调整、节能减排和生态工程的资金合计占到了总投 资的近15%。
本文在 KX260 晶体生长系统上装备 24〃热场，装料 120kg，采用 5 种不 同的初始埚位，其他工艺参数相同的晶体生长工艺，拉制 5 根φ200mm，P 型，晶向〈100〉，电阻率 2Ωcm 的单晶硅棒，然后分析不同初始埚位对少子 寿命的影响。由实验结果得到，随着初始埚位的提升，单晶硅棒少子寿命逐 渐降低。然后又固定埚转 8rpm，变晶转 6rpm、10rpm、14rpm，其他工艺参 数相同的晶体生长工艺，拉制了三根φ200mm，P 型，晶向〈100〉，电阻率 2 Ωcm 的单晶硅棒。最后对拉制的 3 根单晶硅棒进行少子寿命的测试，分析晶 体生长过程中晶转对少子寿命径向均匀性的影响。由实验结果得出晶转速率 越大，均匀性越好。
Then, 24" thermal field was installed in KX260 crystal growth system with 120kg material, Crucible Rotation was installed 8rpm and Crystal Rotation was installed 6rpm, 10rpm, 14rpm, other technological parameters were same, 3 ingots (φ200mm, P type, < 100 >, resistivity: 2Ωcm) were produced. Then the relationship between different Crystal Rotation and Minority carrier lifetime was analyzed. The experimental results were obtained: the faster Crystal Rotation, the better uniformity.
目前开发利用的新能源主要有：氢能、风能、太阳能、海洋能、地热能、 核能、生物质能源等，太阳能取之不尽，用之不竭，既是一次能源, 又是可 再生能源, 可以免费使用, 同时又不需要支付运输费用, 对环境也不会造成 任何污染。据统计计算，在白天环境温度为25℃，辐射强度为1000W/m2的情 况下，太阳光每秒钟带给人类的能量就高达80KW，据可靠数据显示，太阳一 秒内发出的能量就相当于我们燃烧1.3亿吨标准煤所放出的热量，根据欧洲委 员会定义为101标准。如果把地球表面0.1%的太阳能转化为电能，这相当于目 前世界上能源消耗的40倍，这也就意味着如果我们在地球上沙漠地区4%的区 域安装太阳能发电站，就足以满足全球的能源需求了。并且太阳能光伏发电 产品安全可靠、无需消耗、无机械转动部件、不受地域限制能量随处可得、 没有噪声和污染, 设备故障率低,维护简便,可以无人职守,同时电站建设周
ABSTRACT
Under the background of the global economic rapid development, the fossil energy was increasingly exhausted, and the environment problem becomes increasingly serious. In this paper, the feasible measures are given about the issue that reducing solar cell cost and improving the conversion efficiency of solar cell. Solar energy has advantages of inexhaustible and pollution-free, becomes the best choice in all new energy. While in solar cell materials, monocrystalline silicon solar cells take the largest ratio. Minority carrier lifetime is very important parameters to affect the efficiency of solar cells. Minority carrier lifetime directly affect monocrystalline silicon solar cell's conversion efficiency. Based on the actual production, the influence of the technological parameters to Minority carrier lifetime was discussed ，and the most favorable technological parameters were obtained in this paper.
综合以上，并且考虑到实际生产需要，得到最适合晶体生长的初始埚位 是-70mm。晶转为 10rpm，埚转为 8 rpm 时，最有利于晶体的完整性和均匀性。
关键词：单晶硅 ，少子寿命，初始埚位，晶转，埚转
i
单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响
THE EFFECTS OF THE TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON MINORITY CARRIER LIFETIME IN CZ Si GROWTH PROCESS
In this paper, 24" thermal field was installed in KX260 crystal growth system with 120kg material , 5 different metal level were installed and other technological parameters were same, then 5 ingots (φ200mm, P type, < 100 >, resistivity: 2Ωcm) were produced. The relationship between different metal level and Minority carrier lifetime was analyzed. The experimental results were obtained: With the ascension of metal level, Minority carrier lifetime gradually reduced.
ii
河北工业大学硕士学位论文
第一章 前言
1.1 全球能源现状
英国在《我们未来的能源—创建低碳经济》白皮书中提出了低碳经济的 概念，即通过更少的自然资源消耗和更少的环境污染，获得更多的经济产出。 低碳经济就是基于全球的能源与环境现状提出的。
煤、石油、天然气等蓄积了上亿年的化石能源，经过人类工业生产和生 活所用，在数百年的巨大消耗之后，已经不可逆转的走向枯竭［1］，《BP 世界 能源统计 2006》的数据表明，如图 1-1 所示，全球石油探明储量可供开采 45 年，天然气探明储量可供开采 61 年，煤炭可供开采 230 年。来自世界各国的 能源研究机构，还有世界各国的优秀能源专家经过缜密的计算，共同得出了 一个比较一致的结论，那就是全球化石燃料的生产以及其消耗峰值将出现在 2030 到 2040 年这十年之间，长此以往，全球化石能源的枯竭是不可避免的， 将在本世纪内基本开采殆尽［2-3］。
图 1-1 中国和世界主要常规能源储量对比图 Fig 1-1 The comparison between China and the world's major conventional
energy reserves
1.1.1 世界气候变化危机与经济危机呼唤新能源 随着全球经济的发展，化石能源的消耗也极度增长，同时由化石能源消
河北工业大学 硕士学位论文 单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响 姓名：罗晓英 申请学位级别：硕士 专业：材料物理与化学 指导教师：任丙彦
2011-03
河北工业大学硕士论文
单晶硅生长过能源日趋枯竭，环境问题日益严重的背 景下，对当前亟待解决的降低太阳电池成本，提高太阳电池转化效率问题， 在实际生产中给出了可行性措施。太阳能以它既取之不尽，用之不竭，又无 污染的双重优势成为当前新能源的首选。而在太阳电池材料中，单晶硅太阳 电池所占比率最大，单晶硅的少子寿命是影响太阳电池效率的一个很重要的 参数。单晶硅片少子寿命的高低直接影响到单晶硅太阳电池转换效率的高低， 本文在实际生产的基础上通过改进晶体的生长工艺，探究工艺参数对少子寿 命的影响，寻求到最有利于硅单晶生长的工艺参数。
1
单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响
演愈烈。《独立报》公布的相关资料显示［4-6］，全球气候变暖问题的罪魁祸首 就是二氧化碳的大量排放，在过去的大半个世纪，二氧化碳气体排放量每年 增长的平均水平大约为 1.3ppm，但是自从上世纪九十年代以来，随着经济的 飞速增长，这个数据增长到 1.6ppm，2002-2003 年增长到 2.0ppm，甚至在 2005 年前 10 个月的未公开数据显示这个数字已经增长到 2.2ppm，二氧化碳排放 有一个著名的卡亚公式： 二氧化碳排放=人口×人均GDP×单位GDP能源消耗×单位能耗碳排放量。 由卡亚公式可以看出，二氧化碳气体排放量还将随着化石燃料的消耗继续增 长。
2
河北工业大学硕士学位论文
期短,规模大小随意,并且可以方便地与建筑物相结合，这样降低了建筑的受 热，降低了空调负荷，同时，光伏电池片还能作为建筑物的玻璃幕墙，节约 昂贵的外饰材料，无需架设电线，节省并入电网的投资，这些优点都是常规 发电和其他发电方式所没有的，因此太阳能具有其他新能源无与伦比的自然 优势 。 ［11-13］
In conclusion, and considering the actual production need, we can get the best suits of crystal growth metal level is -70mm, the most favorable technological parameters of integrity and uniformity is of crystal is Crucible Rotation 8rpm, Crystal Rotation 10 rpm. KEY WORDS: CZ-Si ，Minority carrier lifetime， Crucible Rotation， Crystal Rotation
传统化石能源的枯竭和环境问题的日趋恶化，使得人类必须尽快寻找能 源替代形式，保护环境，这就促使人类不断探寻新能源，并且近几年，随着 全球经济形势的极度波动，新能源已被提到了一个更具战略性的地位，世界 各国对新能源的开发利用都大大提升，各国在经济危机如此严峻的情况下仍 投入大量资金用于新能源领域的研发，很明显是想通过新能源破解经济危机 和气候变化危机，2008年11月,欧盟提出了《欧洲经济复苏计划》［7-10］,其中 的“绿色”投资为228 亿欧元,占2008 年欧盟GDP 的0.1%；美国2009年的经 济刺激方案中，关于能源领域的资金比例就达到整个资金计划的5％；英国近 期推出绿色振兴计划，将进一步提供贷款达10亿英镑，用于资助研制环保型 汽车的发展； 2009年4月9日,日本首相麻生太郎提出绿色投资金额为124亿美 元,占2008年日本GDP的0. 3%。中国也提出了包含节能与环境等投资的经济刺 激计划，中国出台了两年期4万亿元人民币(5860亿美元)经济刺激计划,其中 直接投向自主创新、结构调整、节能减排和生态工程的资金合计占到了总投 资的近15%。
本文在 KX260 晶体生长系统上装备 24〃热场，装料 120kg，采用 5 种不 同的初始埚位，其他工艺参数相同的晶体生长工艺，拉制 5 根φ200mm，P 型，晶向〈100〉，电阻率 2Ωcm 的单晶硅棒，然后分析不同初始埚位对少子 寿命的影响。由实验结果得到，随着初始埚位的提升，单晶硅棒少子寿命逐 渐降低。然后又固定埚转 8rpm，变晶转 6rpm、10rpm、14rpm，其他工艺参 数相同的晶体生长工艺，拉制了三根φ200mm，P 型，晶向〈100〉，电阻率 2 Ωcm 的单晶硅棒。最后对拉制的 3 根单晶硅棒进行少子寿命的测试，分析晶 体生长过程中晶转对少子寿命径向均匀性的影响。由实验结果得出晶转速率 越大，均匀性越好。
Then, 24" thermal field was installed in KX260 crystal growth system with 120kg material, Crucible Rotation was installed 8rpm and Crystal Rotation was installed 6rpm, 10rpm, 14rpm, other technological parameters were same, 3 ingots (φ200mm, P type, < 100 >, resistivity: 2Ωcm) were produced. Then the relationship between different Crystal Rotation and Minority carrier lifetime was analyzed. The experimental results were obtained: the faster Crystal Rotation, the better uniformity.
目前开发利用的新能源主要有：氢能、风能、太阳能、海洋能、地热能、 核能、生物质能源等，太阳能取之不尽，用之不竭，既是一次能源, 又是可 再生能源, 可以免费使用, 同时又不需要支付运输费用, 对环境也不会造成 任何污染。据统计计算，在白天环境温度为25℃，辐射强度为1000W/m2的情 况下，太阳光每秒钟带给人类的能量就高达80KW，据可靠数据显示，太阳一 秒内发出的能量就相当于我们燃烧1.3亿吨标准煤所放出的热量，根据欧洲委 员会定义为101标准。如果把地球表面0.1%的太阳能转化为电能，这相当于目 前世界上能源消耗的40倍，这也就意味着如果我们在地球上沙漠地区4%的区 域安装太阳能发电站，就足以满足全球的能源需求了。并且太阳能光伏发电 产品安全可靠、无需消耗、无机械转动部件、不受地域限制能量随处可得、 没有噪声和污染, 设备故障率低,维护简便,可以无人职守,同时电站建设周
ABSTRACT
Under the background of the global economic rapid development, the fossil energy was increasingly exhausted, and the environment problem becomes increasingly serious. In this paper, the feasible measures are given about the issue that reducing solar cell cost and improving the conversion efficiency of solar cell. Solar energy has advantages of inexhaustible and pollution-free, becomes the best choice in all new energy. While in solar cell materials, monocrystalline silicon solar cells take the largest ratio. Minority carrier lifetime is very important parameters to affect the efficiency of solar cells. Minority carrier lifetime directly affect monocrystalline silicon solar cell's conversion efficiency. Based on the actual production, the influence of the technological parameters to Minority carrier lifetime was discussed ，and the most favorable technological parameters were obtained in this paper.
综合以上，并且考虑到实际生产需要，得到最适合晶体生长的初始埚位 是-70mm。晶转为 10rpm，埚转为 8 rpm 时，最有利于晶体的完整性和均匀性。
关键词：单晶硅 ，少子寿命，初始埚位，晶转，埚转
i
单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响
THE EFFECTS OF THE TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON MINORITY CARRIER LIFETIME IN CZ Si GROWTH PROCESS
In this paper, 24" thermal field was installed in KX260 crystal growth system with 120kg material , 5 different metal level were installed and other technological parameters were same, then 5 ingots (φ200mm, P type, < 100 >, resistivity: 2Ωcm) were produced. The relationship between different metal level and Minority carrier lifetime was analyzed. The experimental results were obtained: With the ascension of metal level, Minority carrier lifetime gradually reduced.
ii
河北工业大学硕士学位论文
第一章 前言
1.1 全球能源现状
英国在《我们未来的能源—创建低碳经济》白皮书中提出了低碳经济的 概念，即通过更少的自然资源消耗和更少的环境污染，获得更多的经济产出。 低碳经济就是基于全球的能源与环境现状提出的。
煤、石油、天然气等蓄积了上亿年的化石能源，经过人类工业生产和生 活所用，在数百年的巨大消耗之后，已经不可逆转的走向枯竭［1］，《BP 世界 能源统计 2006》的数据表明，如图 1-1 所示，全球石油探明储量可供开采 45 年，天然气探明储量可供开采 61 年，煤炭可供开采 230 年。来自世界各国的 能源研究机构，还有世界各国的优秀能源专家经过缜密的计算，共同得出了 一个比较一致的结论，那就是全球化石燃料的生产以及其消耗峰值将出现在 2030 到 2040 年这十年之间，长此以往，全球化石能源的枯竭是不可避免的， 将在本世纪内基本开采殆尽［2-3］。
图 1-1 中国和世界主要常规能源储量对比图 Fig 1-1 The comparison between China and the world's major conventional
energy reserves
1.1.1 世界气候变化危机与经济危机呼唤新能源 随着全球经济的发展，化石能源的消耗也极度增长，同时由化石能源消
河北工业大学 硕士学位论文 单晶硅生长过程中工艺参数对少子寿命的影响 姓名：罗晓英 申请学位级别：硕士 专业：材料物理与化学 指导教师：任丙彦
2011-03
河北工业大学硕士论文
单晶硅生长过能源日趋枯竭，环境问题日益严重的背 景下，对当前亟待解决的降低太阳电池成本，提高太阳电池转化效率问题， 在实际生产中给出了可行性措施。太阳能以它既取之不尽，用之不竭，又无 污染的双重优势成为当前新能源的首选。而在太阳电池材料中，单晶硅太阳 电池所占比率最大，单晶硅的少子寿命是影响太阳电池效率的一个很重要的 参数。单晶硅片少子寿命的高低直接影响到单晶硅太阳电池转换效率的高低， 本文在实际生产的基础上通过改进晶体的生长工艺，探究工艺参数对少子寿 命的影响，寻求到最有利于硅单晶生长的工艺参数。