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：隨著單晶光伏發電大規模的應用，市場對單晶硅的需求和競爭越來越激烈和突出，單晶生產過程的管控直接影響單晶成本的高低，然而單晶硅生產過程中晶體擺動是直拉法經常出現的異常現象，并影響單晶的正常生長，造成單晶生產的成本上升，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，造成了生產周期的相對延長，從而增加了生產成本。分析了實際生產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

隨著單晶硅光伏發電的大規模應用，平價上網的政策驅動，單晶成本的持續降低，單晶硅正向高效率、高品質、無缺陷方向發展。當前硅單晶的主要生產方式為直拉法，在這一生產過程中，晶體擺動對硅單晶的影響不可避免，生產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，從而影響到生產效益。

1 拉制單晶過程晶體劃弧發生的原因

晶體劃弧在單晶拉制行業里，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生，等徑不同長度，都有可能發生，還有的是在劃弧時出現，無論哪個階段發生，一旦發生這種現象，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，嚴重影響生產效率，造成生產成本的上升。

1.1 擺動發生的原因

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，根據發生擺動和劃弧的現象，總結一線維修的經驗，并多次總結和驗證，運用統計分析方法，對發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 晶體劃弧發生的原因（圖2）

2 處理措施

出現擺動或者劃弧現象，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 根據運行狀態判斷原因

在日常生產過程中，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，晶升、堝升精度異常。

（3）等徑后期劃弧擺動：揮發物堵塞、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：熱系統問題，托桿與坩堝軸連接松動、熱場溫度變化大，加熱器發熱不均勻、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常會發生的，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一線跟蹤和處理晶體擺動和劃弧而總結的有效經驗，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生的原因以及處理辦法，并分析擺動和劃弧的發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。