系统集成: 朱强
1.单晶硅:别称硅单晶,是电子信息材料中最基础性材料,属于半导体材料.单晶已经渗透到国民经济和国防各个领域,全球超过2000亿美元的电子通讯半导体市场95%半导体器件以及99%以上的集成电路用硅,晶体硅太阳能电池也是近15年来形成产业最快行业之一.
2.多晶硅:单质硅的一种形态.熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,这些结合起来,就形成多晶硅.多晶硅晶体与单晶硅显著不同点是多晶硅的导电性远不如单晶硅,几乎没电性,因此大部分多晶硅都提炼成单晶硅,用于半导体产业和光伏发电产业.提炼出来的单晶硅可以分为电子级和太阳能级,电子级占55%,太阳能级占45%.随着光伏发电产业的迅猛发展,太阳能级的需求将逐步上升,到2008年太阳能级的需求将超过电子级单晶.
(1).光伏发电行情
由于单晶硅的需求量不断上升,所以在近五年的时间里对单晶炉的需求还是在不断的上升,但是由于国内缺乏自主创新能力,自主知识产权少,缺乏专业技术人才,大部分生产厂家的设备不上档次,处于手动兼自动的状态,随着国家对光伏发电发展力度的增强，对单晶硅品质的要求增高，对单晶炉自动化要求也不断提高，行业前景一片光明。
(5).体会:我不搞政治,不讲一些虚无飘渺的话,在这里就讲些实际问题.记得几个月前,一家萧山的日资企业日本工程师,做一台出口于日本的芯片扫描检测设备,所有的电气器件完全从日本进口.同样的产品无论从时间上 ,价格上,国内采购,时间上要短,价格上要便宜.我就问他了,山田先生,你为什么不在国内采购,从时间,还是价格上来说,国内都有优势,他回了我这么一句,我的设备都是出口日本,或者卖给国内的日资企业,我的设备要求100%质量,你们国内的电气自动化产品无论从质量上还是给我们设备的系统配置上都不能达到我的要求.
这些东西值得我们反思,国内在中等以上设备研发力度上较为薄弱(无论在电气还是机械上).特别在新能源(风力,光伏),电子制造设备投入人力,物力,财力都不多.不管是最终用户,系统集成商,都不愿意花大成本开发一个暂时没有回报性的设备.因此在这些行业上60%左右中高端设备都被国外所垄断.
在者国内一些制造商,为了短时间内达到经济效益,胡乱的仿造,造成设备的档次降低,只能达到原有设备50%功能.在加上行业与行业之间的闭关锁国,行业内的闭关锁国,以至商业行情,技术行情的不流通,无形中在国内造成一种压力(无法在这些行业上有所突破).
以上就是我做此设备项目的心得体会,也非常感谢杭州经营部在此项目的上全力配合和支持.
以上所说的一切,对大家在以后的工作中有百分之一,甚至千分之一帮助,那也是我的荣幸.
(2).太阳能电池平均转化效率
(3).单晶硅需求产量
3单晶硅制法:单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔从熔体中生长出来棒状单晶.单晶硅圆片按其直径分6英寸,8英寸,12英寸(300mm)以及18英寸(450mm),直径越大的晶片所核制的集成电路越多,芯片的价格也越低.由于成本和性能的原因,直拉法(CZ)单晶硅材料应用最广.然后把单晶棒经过切片,热处理,研磨等工艺变为成品,在根据等级分为电子级和太阳能级.
4以下主要介绍单晶工艺设备中的最初工艺设备－－－－-直拉法单晶炉，该设备的工艺，工序现已能基本掌握，并且在北仑一家单晶炉设备改造中拉晶调试基本成功。
(1)单晶炉:用于在惰性(氩气)气体环境中用石墨加热器将多晶硅材料熔化,直拉法生长无错位硅单晶,.现在在北仑调试好的设备中,能够拉6-8寸的单晶.主要通过晶升,埚升,晶转,埚转,温度控制,直径控制来完成其整个复杂工艺过程.
单晶炉
单晶硅棒
(2).系统组成(电气):CJ1M-CPU22,CJ1W-PA205,CJ1W-ID211,
CJ1W-OC211,CJ1W-AD081(2个),CJ1W-AD08V,CJ1W-SCU41,
NS10-TV00B,FZ2-300(视觉传感器,200万象素),直流调速板(4个)(厂家提供). ID211主要是用来接受一些报警信号,OC211用来控制晶升,埚升,晶转,埚转,晶降,埚降,手自动,进气.AD081主要用来接受晶升反馈,埚升反馈,晶转反馈,埚转反馈,埚位,晶位,温度,气体流量.DA08V主要用来控制晶升输出,埚升输出,晶转输出,埚转输出,功率输出,流量输出.SCU41主要是用来和FZ2-300进行通讯来交换数据,FZ2-300主要是用来检测单晶直径,从而经过全闭环来进行控制.可以根据实际情况来选择视觉传感器,对于全自动单晶炉需要用到视觉,如果是半自动的设备,用红外线检测即可,FZ2-300相对于检测精度,数据稳定性都较好,但是价格较高(大致在8万RMB左右),F160视觉精度,稳定性上不如前者(实地检测过).
(3).工艺流程:抽真空,熔料,稳定熔接,引晶,放肩,转肩,等径,收尾,停炉,以下介绍几个重点工艺.
a.引晶:晶体的颈部生长过程.
(引晶过程)
引晶是全自动过程中最为关键的一步,直接关系到后续过程进行,引晶不好,影响成品的均匀度和弯曲度,从而导致材料的报废(现在国际上多晶硅为20美元一公斤,拉成一根6英寸的晶棒大致需要14万RMB左右的原材料).引晶主要是通过视觉传感器检测出来的直径大小来判断晶升速度快慢,速度太快,导致脱料,需要从引,太慢会导致引晶直径太粗,影响成品等级数,因此,引晶直径一般在4.5寸到5寸左右.在半自动情况下,引晶需要靠单晶操作工靠经验来引出来.
b.放肩:直径从细颈部分过渡到转肩的过程,生长晶体的肩部.
(放肩过程)
在放肩过程中,需要把晶升速度减慢,温度升高,直径控制不起作用,该过程主要通过单晶长度来控制晶升,埚转,晶转,流量,因此单晶长度的稳定性在这一环节上是非常重要的,由于该客户是通过模拟量来决定单晶长度的,因此或多或少会产生一些干扰,建议在此环节上采用编码器来决定单晶长度,这样稳定性要比前者要好的多.
c.等径:晶体主体开始生长的阶段.
(等径过程)
在等径过程中,需要直径,温度补偿来控制.直径信号在这一控制中会受到一些外界干扰,数据产生跳变,因为炉体本身是一个大功率设备,高频波比较多,因此在这基础上做一块信号过滤板,得到的信号稳定性会更好,也需要不断的投入温度来改变炉内状况,使得炉内不至于结晶或无法形成主体.
(4)市场状况: 硅单晶生长设备-单晶炉的主要分布如图3所示：