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单晶硅生长炉工作原理
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单晶硅生长炉编辑

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中文名
单晶硅生长炉
驻澳部分
主机、加热电源和计算机控制系统
加热器电源
全水冷电源
国    家
中国

目录

1单晶硅生长炉

2原理简介


1单晶硅生长炉编辑

单晶硅生长炉[1] 是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。
1、主机部分:
●机架,双立柱
●双层水冷式结构炉体
●水冷式阀座
●晶体提升及旋转机构
●坩埚提升及旋转机构
●氩气系统
真空系统及自动炉压检测控制
●水冷系统及多种安全保障装置
●留有二次加料口
2、加热器电源:
全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管功率器件。配以特效高频变压器,构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关ZVS)及CPU独立控制技术,提高了电能转换效率,不需要功率因数补偿装置。
3、计算机控制系统
采用PLC和上位工业平板电脑PC机,配备大屏幕触摸式HMI人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”,可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。

2原理简介编辑

首先,把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚,通过石墨加热器产生的高温将其熔化;然后,对熔化的硅液稍做降温,使之产生一定的过冷度,再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体(称作籽晶)插入熔体表面,待籽晶与熔体熔和后,慢慢向上拉籽晶,晶体便会在籽晶下端生长;接着,控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3~5mm的细颈,用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错,这个过程就是引晶;随后,放大晶体直径到工艺要求的大小,一般为75~300mm,这个过程称为放肩;接着,突然提高拉速进行转肩操作,使肩部近似直角;然后,进入等径工艺,通过控制热场温度和晶体提升速度,生长出一定直径规格大小的单晶柱体;最后,待大部分硅溶液都已经完成结晶时,再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体,称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成,进行一定的保温冷却后就可以取出。
直拉法,也叫切克劳斯基(J.Czochralski)方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法,用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单,容易实现自动控制,生产效率高,易于制备大直径单晶,容易控制单晶中杂质浓度,可以制备低电阻率单晶。据统计,世界上硅单晶的产量中70%~80%是用直拉法生产的。

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