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多晶硅还原反应的影响因素

2012-07-31 13:25来源:北极星太阳能光伏网(独家)关键词:多晶硅硅棒光伏收藏点赞

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还原炉内温度分布的均匀与否对沉积过程中的质量和能耗有相当大的影响。一般来说还原炉内的温度分布均匀,各处的温度梯度小,沉积速率也相近,生长质量也会很好,电耗也会下降。

一般来讲,反应温度高,硅的结晶性就好,而且表面具有光亮的金属光泽;温度越低,结晶变得细小,表面呈暗灰色。但反应温度也不能过高,因为:

1) 硅与其他半导体材料一样,从气相往固态载体上沉积时有一个最高温度值,反应温度超过这个值时,随着温度的升高沉积速率反而下降。各种不同的硅卤化物有不同的最高温度值,反应温度不应超过这个值。此外,还有一个平衡温度值,高于该温度才有硅沉积出来。一般说来,在反应平衡温度和最高温度之间,沉积速率随温度增高而增大。

2) 温度过高,沉积硅的化学活性增强,受到设备材质沾污的可能性增加,造成多晶硅的质量下降。

3) 直接影响多晶硅品质的磷硼杂质,其化合物随温度增高,还原量也增大,从而进入多晶硅中,使多晶硅的质量下降。

4) 温度过高,还会发生硅的腐蚀反应:

所以过高温度是不适宜的,但是温度过低对反应也不利。还原炉生产中,很大程度上是控制炉内温场,只有当炉内温场稳定,且符合工艺要求时,此时硅的沉积速度将越高,相应还原电耗也会最低。

在实际生产中,前期通过增加还原炉的功率,提升反应温度至1080℃以上,此时的反应主要是还原反应。虽然此时的电流并不是很大,但由于硅棒比较细,电阻非常大,因此其发热量也很大。随着生产的进行,硅棒变粗,电阻降低,反应温度也开始降低,此时三氯氢硅还原反应占主导逐渐转变为三氯氢硅裂解反应占主导。这一点对于还原生产控制而言非常关键,因此在编制进料表时必须要充分考虑此现象。

2、反应配比

在这里要先介绍摩尔的概念,摩尔又称物质的量,1摩尔 (mol) 物质含有6.02×1023个分子,如果是气体,则1摩尔气体在标准状态下 (温度为 0 ℃,压力为1个大气压)的体积为约22.4升。物质的摩尔数(m)与质量的关系为:

如果质量的单位为kg,则算出的摩尔数单位为千摩尔(kmol ) ,如果质量的单位为g ,则算出的摩尔数单位为摩尔(mol)。

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