Φ200 mm太阳能级CZSi单晶生长速率的数值模拟研究

论文摘要

目前,太阳能光伏产业主要向两个方向发展:（1）降低成本;（2）提高光电转换效率。而提高硅单晶的单产则是降低成本中极其重要的环节,通过增大投料量,扩大晶体直径固然能够提高单产,但是大投料使得大熔体中的自然对流进一步加强,从而引起硅中的氧碳含量增加,这样由于硅中BO复合体的存在不仅降低了其光电转换效率,,而且带来效率衰减。为此有人提出磁场拉晶的方法来降低氧碳含量,但这又与降低成本的呼声背道而驰。综合来说,改善热场的分布,提高结晶潜热的释放速率,增大拉速才是提高单产和降低成本的最理想的选择。对Φ200 mm太阳能级CZSi单晶生长中的氩气导流系统进行了改进,并采用有限元法对其进行了数值模拟,实验表明新型复合式导流系统成功的优化了热场,熔体和晶体中的纵向温度梯度适当增大,拉晶速率提高至平均0.9 mm/min,同时生长过程的稳定性得到改善。对国产TDR-80型单晶炉的复合式热场系统进行了优化设计,建立了不同条件下的理论模型,采用有限元数值模拟的方法分析了主加热器的延伸率、埚径比和熔体高度变化对直拉硅单晶生长中的温度梯度和热流密度分布的影响,为提高晶体生长速率和质量提供了必要的理论依据.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 前言
• §1-2 半导体硅材料的发展趋势
• 1-2-1 现代特大规模集成电路对单晶硅材料的要求
• 1-2-2 硅单晶生长工艺的进展与发展动态
• 1-2-3 太阳能用硅材料的发展
• §1-3 半导体硅材料中的氧碳
• 1-3-1 单晶硅中氧碳的性质
• 1-3-2 CZSi 中氧碳的引入
• 1-3-3 CZSi 中氧碳的控制
• §1-4 直拉硅单晶的生长理论
• §1-5 本课题的研究内容及意义
• 第二章 计算机数值模拟简介
• §2-1 有限元法简介
• 2-1-1 加权余量法（WRM）
• 2-1-2 迦辽金法
• 2-1-3 迦辽金（Galerkin）加权余量法
• §2-2 有限元软件系统简介
• 2-2-1 ANSYS 软件介绍
• 2-2-2 功能简介
• §2-3 有限元方法在晶体生长中的应用
• 2-3-1 CZSi 单晶生长系统中的输运现象
• 2-3-2 有限元法对熔体热场的求解要求
• §2-4 小结
• 第三章 加热系统的改进
• §3-1 双加热器的改造
• §3-2 小结
• 第四章 氩气导流系统的改进
• §4-1 氩气导流
• §4-2 热屏的添加对氩气流场的影响
• §4-3 导流筒的添加对氩气流场的影响
• §4-4 小结
• 第五章 熔体热场的数值模拟
• §5-1 直拉硅单晶生长过程中的热传输
• §5-2 熔体热对流
• §5-3 直拉硅单晶的减压工艺
• 5-3-1 减压工作的意义
• 5-3-2 工艺参数
• §5-4 热场的数值模拟
• §5-5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得的相关科研成果