單晶硅生長過程中晶體擺動劃弧的原因分析及處理辦法

趙常福

摘 要：隨著單晶光伏發(fā)電大規(guī)模的應用，市場對單晶硅的需求和競爭越來越激烈和突出，單晶生產(chǎn)過程的管控直接影響單晶成本的高低，然而單晶硅生產(chǎn)過程中晶體擺動是直拉法經(jīng)常出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，并影響單晶的正常生長，造成單晶生產(chǎn)的成本上升，從生長機理方面看，晶體擺動會引起液面溫度的變化，對固-液界面的穩(wěn)定性造成干擾，從而影響單晶的品質和無位錯生長；從操作控制方面而言，晶體擺動動會使直徑控制變得困難，也不利于等晶生長過程中的自動控制，造成了生產(chǎn)周期的相對延長，從而增加了生產(chǎn)成本。分析了實際生產(chǎn)過程中晶體擺動的來源及其對單晶生長的影響，并探討了一些解決晶體擺動的方法來消除這一影響。

關鍵詞：直拉法；晶體；擺動

中圖分類號：TS262.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0048-02

隨著單晶硅光伏發(fā)電的大規(guī)模應用，平價上網(wǎng)的政策驅動，單晶成本的持續(xù)降低，單晶硅正向高效率、高品質、無缺陷方向發(fā)展。當前硅單晶的主要生產(chǎn)方式為直拉法，在這一生產(chǎn)過程中，晶體擺動對硅單晶的影響不可避免，生產(chǎn)過程中晶體擺動會影響硅單晶的品質。同時，增加了硅單晶的位錯機率，影響了硅單晶的成品率，從而影響到生產(chǎn)效益。

1 拉制單晶過程晶體劃弧發(fā)生的原因

晶體劃弧在單晶拉制行業(yè)里，大家習慣叫做劃弧，其實這種劃弧，分為對稱擺動和圓周運動兩種，并且出現(xiàn)的階段也不同，有的從開始放肩就擺動或劃弧，有的是在等徑階段發(fā)生，等徑不同長度，都有可能發(fā)生，還有的是在劃弧時出現(xiàn)，無論哪個階段發(fā)生，一旦發(fā)生這種現(xiàn)象，對拉晶影響特別大，輕則影響直徑控制，重則斷線，從頭開始，重新拉制，嚴重影響生產(chǎn)效率，造成生產(chǎn)成本的上升。

1.1 擺動發(fā)生的原因

通過多年對拉晶過程中的晶體擺動和劃弧的研究，結合單晶爐結構的特性分析，各部位對拉晶擺動和劃弧的影響，根據(jù)發(fā)生擺動和劃弧的現(xiàn)象，總結一線維修的經(jīng)驗，并多次總結和驗證，運用統(tǒng)計分析方法，對發(fā)生的擺動和劃弧進行分類，晶體擺動的原因分析和原因占比見圖1，晶體劃弧的原因分析和原因占比見圖2。

1.2 晶體劃弧發(fā)生的原因（圖2）

2 處理措施

出現(xiàn)擺動或者劃弧現(xiàn)象，首先要查找原因，在設備運行時，最可能處理的部位就是上軸，因此先排除上軸出現(xiàn)的問題，如果上軸的問題處理完后，還不能正常，只能停爐處理，因此運行時分析原因很關鍵。具體分析詳情如表1和表2所示。

3 根據(jù)運行狀態(tài)判斷原因

在日常生產(chǎn)過程中，大部分劃弧擺動故障都有明顯原因，可以從不同的拉晶狀態(tài)判斷不同的故障原因：

（1）引放或放肩時劃弧擺動：阻尼套松動或損壞、外界震動影響、氬氣流量不均、爐體對中及水平偏差、鋼絲繩有毛刺、提拉頭動平衡失效。

（2）等徑前期劃弧擺動：晶堝升運行不平穩(wěn)，晶升、堝升精度異常。

（3）等徑后期劃弧擺動：揮發(fā)物堵塞、排氣不均（石墨氈排氣口不暢、抽氣口排氣不勻）。

（4）間歇性劃弧擺動：熱系統(tǒng)問題，托桿與坩堝軸連接松動、熱場溫度變化大，加熱器發(fā)熱不均勻、液面溫度低拉速過快。

4 結語

單晶生長過程中，晶體擺動和劃弧是經(jīng)常會發(fā)生的，會對單晶品質和生長控制造成不利影響，本文是通過長期在單晶生產(chǎn)一線跟蹤和處理晶體擺動和劃弧而總結的有效經(jīng)驗，并與單晶生長機理結合分析，重點闡述了關于晶體擺動和劃弧發(fā)生的原因以及處理辦法，并分析擺動和劃弧的發(fā)生機理以及對單晶生長品質、位錯、直徑等的影響，為工作在單晶生產(chǎn)一線的維修和操作人員提供參考。由于本人水平有限，本文只供參考，不足之處還請諒解。