文档介绍：会计学
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半导体材料与工艺之多晶硅锭定向凝固生长方法
实现多晶硅定向凝固生长的四种方法：
布里曼法
热交换法
电磁铸锭法
浇铸法
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铸锭浇注法
铸锭浇注法于1975年由Wacker公司首创，其过程是将硅料置于熔炼坩埚中加热熔化，而后利用翻转机械将其注入预先准备好的模具内进行结晶凝固，从而得到等轴多晶硅。
近年来，为了提高多晶硅电池的转换效率，也有人对此传统工艺加以改进，通过对模具中熔体凝固过程温度加以控制，形成一定的温度梯度和定向散热的条件，获得定向柱状晶组织。
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铸锭浇注法
铸锭浇注法生产原理示意图
1固态 3熔炼坩埚
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铸锭浇注法
由于浇注法用的坩埚 ,模具材料多为石墨、石英等，所以用该法制备的多晶硅中氧、碳等杂质元素含量较高。
同时，硅熔体在高温时与石墨发生反应，加之硅凝固过程中的体膨胀作用，易造成硅锭与石墨模具的粘连，冷却后难以脱模。
为了避免以上缺陷，研究者们经过多年的研究实践，在坩埚、模具的内工作表面上涂上一层膜，以防止坩埚、模具等对硅的污染及起到一定的润滑脱模作用。
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铸锭浇注法
多年来通过对各种涂膜材料性能及所制得硅锭品质的对比研究后，目前主要采用Si3N4 ,SiC-Si3N4 , Si0/ SiN ,BN等。
除此之外，大面积化，即增加坩埚或模具的体积表面比，从而减小熔体与坩埚或模具的接触面积，亦有利于杂质的降低。
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铸锭浇注法
为提高多晶硅锭品质从而提高电池效率，近年来对该法硅料熔炼过程也进行了研究，采用了一些新的熔炼技术，如利用真空除杂作用及感应熔炼过程中电磁力对熔体的搅拌及促使熔体与坩埚的软或无接触作用，采用真空条件下的电磁感应熔炼或冷坩埚感应熔炼来对原料硅进行加热熔化等。
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铸锭浇注法
浇注法工艺成熟、设备简单、易于操作控制，目能实现半连续化生产，其熔化、结晶、冷却都分别位于不同的地方，有利于生产效率的提高和能耗的降低;
然而，其熔炼与结晶成形在不同的坩埚中进行，容易造成熔体一次污染，同时受熔炼坩埚及翻转机械的限制，炉产量较小，目前所生产多晶硅通常为等轴状，由于晶界、亚晶界的不利影响，电池转换效率较低。
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定向凝固法
定向凝固法通常指的是在同一个坩埚中熔炼，而后通过控制熔体热流方向，以使坩埚中熔体达到一定的温度梯度，从而进行定向凝固得到柱状晶的过程。
对于熔体热流方向的控制，主要有:
以一定的速度向上移动坩埚侧壁、向下移动坩埚底板、在坩埚底板上通水强制冷却或是感应熔炼时将坩埚连同熔体一起以一定的速度向下移出感应区域、从下向上陆续降低感应线圈功率等。
实际应用的定向凝固基本方法卞要有:热交换法(HEM)、Bridgman等
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定向凝固柱状晶生长示意图
热流方向
侧向无温度梯度，不散热
晶体生长方向
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