Выращивание мультикристаллического кремния на основе металлургического кремния высокой чистоты

• Автор: Пресняков, Роман Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Сокращения и обозначения

Введение

1. Современное состояние технологии кремния для солнечной

энергетики

1.1. Физико-химические основы прямого получения кремния для солнечной энергетики

1.2. Электрофизические свойства мультикристаллического кремния

1.3. Выращивание мультикристаллического кремния

2. Методики исследования

2.1. Электрофизические измерения

2.2. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

2.3. Металлографический анализ
3. Численное моделирование гидродинамики и сопряжённого теплообмена
при направленной кристаллизации кремния
4. Монокристаллический рост кремния на плоском дне тигля
4.1. Электрофизические характеристики и дефекты квазимонокристалла
4.2. Влияние параметров выращивания квазимонокристалла на гидродинамику и сопряжённый теплообмен в системе тигель-расплав-кристалл
5. Влияние условий роста на свойства мультикристаллического кремния из
металлургического рафинированного кремния
5.1.Влияние скорости кристаллизации на текстуру и распределение примесей в слитке
5.2. Влияние угловой скорости системы тигель-расплав-кристалл на столбчатый рост кремния
5.3. Влияние параметров выращивания мультикристаллического кремния на гидродинамику и сопряжённый теплообмен в системе тигель-расплав-кристалл

5.4. Влияние исходных концентраций примесей на их эффективные коэффициенты распределения и электрофизические характеристики
мультикристаллического кремния
Заключение
Основные результаты
Приложение А. Диапазоны измерения концентраций примесей,
характеристики погрешности
Приложение Б. Распределение примесей в слитке №
Приложение В. Распределение примесей в слитке №
Приложение Г. Распределение примесей в слитке №
Приложение Д. Распределение примесей в слитке №
Приложение Е. Распределение примесей в слитке №
Список литературы
СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
ФЭП - фотоэлектрический преобразователь или солнечный элемент
КПД - коэффициент полезного действия
ВАХ - вольт-амперная характеристика
ppm - одна миллионная часть вещества или 10'4 ат.%
ppb - одна миллиардная часть вещества или 10'7ат.%
poly-Si - поликристаллический кремний, выращиваемый из газовой фазы -конечном этапе в хлор-силановом производстве кремния полупроводниковой чистоты. Является традиционным исходным сырьём для выращивания sc-Si или mc-Si.
HPl-Si - рафинированный металлургический кремний с диапазоном содержаний примесей от значений порядка 10'2 ат.% до значений порядка К)'1 ат.% и выше, достигаемого, как использованием высокочистых материалов в процессе карботермического восстановления, так и в результате твёрдожидкостного рафинирования технического кремния (обработки кислотами) промышленных марок с исходной чистотой менее 99%.
HP2-Si - рафинированный металлургический кремний высокой чистоты с диапазоном содержаний примесей от значений порядка 10'4 ат.% до значений порядка Ш2 ат.%, достигаемого жидко-газовым рафинированием (продувкой расплава) кремния категории НР1, в том числе с использованием фшосов (шлакованием).
ПДК - предельно допустимая концентрация, порог деградации ФЭП. sc-Si - singlecrystalline silicon - монокристаллический (как правило бездислокационный) кремний, выращиваемый методами Чохральского и бестигельной зонной плавки.
МЗГ - межзёренные границы - внутренние поверхности, разграничивающие пространственно разориентированные монокристаллические области в объёме поликристалла.

где г] - количество ближайших соседей атома, адсорбированных на межфазной поверхности, 2 - общее количество ближайших соседей атома в кристалле Ь - скрытая теплота плавления вещества (1,у,=
кДж/молъ), Тт - температура плавления вещества, к - постоянная Больцмана. Поверхности, для которых а>2, являются гладкими, а поверхности, для которых а<2, являются шероховатыми. Оценки критерия данного перехода по энтропии плавления Ь/кТм показывают, что для границы кристалл-пар она больше 20. Это хорошо согласуется с тем, что кристаллы, полученные из паровой фазы, имеют огранку атомно-гладкими поверхностями. Для многих минералов и органических кристаллов она составляет около 6. Для большинства металлов при фазовых превращениях расплав - твёрдое тело 0,$<Ь/кТм<1,5, поэтому твёрдая фаза имеет округлые формы (рис. 11, а). Кремний, для которого Ь/кТм~Ъ,3, должен иметь на границе с расплавом как атомно-шероховатые, так и атомно-гладкие (рис. 11,6) участки поверхности. Локальные проявления эффекта грани вызывают поперечные неоднородности при выращивании из расплава [24,55].
Рис. 11. Форма дендритов в случае металлов (а) и полупроводниковых материалов (б) [55]
Так, экспериментально наблюдаемое поведение роста смежных зёрен в шс-Б1 анализировали на основе понятия о поверхностной энергии [55], задаваемой кристаллографической ориентацией затравочных