利用電腦模擬對矽單晶提拉之熱場分析與應用
Journal
化工
Journal Volume
54
Journal Issue
5
Start Page
29
End Page
42
ISSN
1015-8359
Date Issued
2007-10
Author(s)
黃禮翼
Abstract
本文展示數種柴式法生長太陽能矽晶棒的熱場設計與分析，並在中美矽晶公司的Kayex CG6000機台做生長實驗的結果。結果發現在沒有犧牲晶體品質的前提下，長晶時所使用的功率以及氬氣使用量明顯地降低，而晶體拉速郤可以大幅地增加。值得注意的是，經由適當的熱場設計，晶體的氧含量重大為降低，造成載子壽命增長。氧的軸向濃度分佈不均，也籍由模擬與實驗的結果發現，可以將石英坩堝的轉速設定成隨著時間逐漸增快的方式加以改進。 這些熱場設計包含了輻射熱帷幕（鉬材質、在石墨上鍍其他材質或是複合式材質）、額外側保溫（碳織材質）、底保溫（石墨或碳纖材質）和上保溫（碳纖材質）。本論文針對各熱場元件對能耗、界面凹陷、坩堝和加熱器溫度分別模擬分析。新式熱場設計的實驗也由中美矽晶完成。電腦模擬結果與實驗室量測數據在使用功率以及靠近加熱器的參考溫度，十分吻合。目前經由實驗所獲得的結果，整體所使用的功率由原先實驗的59.1kWh/kg下降至17.4kWh/kg；拉速由0.8mm/min提升至1.32mm/min；釋氧量的原設備的平均約17ppma，最低可以降低至6.3 ppma；氬氣使用量更是的93.3c.f/kg大幅地降低至27.1c.f./kg；長晶爐內部的石墨元件的衰退速度明顯降低；而其界面凹陷由模凝結果可知，仍維持在原有的凹陷範圍之內。由生產力、成本以及晶棒品質而言，已經超越Siemens Solar Industries （簡稱SSI）的水平。 近年來，各大廠都針對V/G值的探討，期能藉由V/G值的控制而生成defect-free的矽晶圓，這牽涉到cone的改良設計、氬氣流量、界面凹陷沒及其他操作條件的相互關係。此外，在重摻揮發性物質方面，如何解決因為過冷現象所造成的斷線問題，可以針對斷線處進行其V/G值、氣相流場分布、污染物的濃度分布等電腦模擬分析，對解決此一棘手問題也有重大的幫助。基於上述理由，電腦模擬在新一代晶體生長改良中已逐漸扮演不可或或缺角色。
Type
journal article