Расчёт компоновки загрузки из полупроводникового и металлургического кремния для выращивания мультикремния. Количественный химический анализ слитков мультикремния. Анализ профилей распределения примесей в слитках в приближении перемешивания расплава.
При низкой оригинальности работы "Распределение примесей в процессе выращивания мультикристаллического кремния", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
На сегодняшний день мультикристаллический кремний (mc-Si) считается базовым материалом для солнечных элементов. С этой точки зрения наиболее перспективным является рафинированный металлургический кремний (UMG-Si) с долей основного вещества примерно от 99,9 ат.% до 99,999 ат.% по мере приближения к областям твердых растворов примесей в кремнии [1,2]. Одним из ключевых вопросов является знание предельно допустимых для рафинированного кремния концентраций примесей, обеспечивающих заданные свойства получаемого из него материала. Особенности тепломассопереноса, заданные параметры ростового процесса, влияют на значение эффективного коэффициента распределения примеси.Отношение к полупроводниковому кремнию, как к коммерческому продукту, применимому в производстве основной массы ФЭП на основе mc-Si и sc-Si, стало причиной высокого интереса к проблеме доступности исходного кремния высокой чистоты[3]. Чистота данного кремния достигает98-99%, но порой95%. В электротермических печах, при температурах порядка 2000-2200 0С (при данной температуре протекает процесс карботермического восстановления), происходит насыщение кремния углеродом до 300-500 ррм, что является основной проблемой при выращивании полупроводникового кристалла на основе высокочистого металлургического кремния В результате на данной стадии очищения достигается лишь некоторая базовая степень чистоты кремния (НР1). Данный способ представляет из себя следующие: металлургический кремний размельчают в порошок с размером частиц ~70 мкм или менее; получившейся порошок обрабатывают различными кислотами (HCL, HF) с целью раствора металлических кластеров, которые стали доступными в ходе измельчения в порошок, но при это неэффективно удаляются примеси, растворенные внутри зерен. За счет продувки газами кремния, может быть достигнут уровень чистоты 99,99%, категории НР2.Газы реагируют с примесями, растворенными в кремнии, и образуют летучие соединения, которые испаряются из расплава.На основе приближения межфазной кинетики роста кристалла на атомно-шероховатой поверхности принято считать, что процесс продвижения фронта кристаллизации описывается гидродинамикой расплава и сопряженным теплообменом с твердой фазой, границу которой определяет некая изотерма фазового перехода [9]. То есть при разработке основ управления процессом роста кристалла используют численное моделирование гидродинамики и сопряженного теплообмена. С помощью чисел Pe, Gr и Sc для горизонтального варианта метода Бриджмена рис.1, показано влияние конвекции, обусловленное различными типами продольной макросегрегации примеси. Процесс теплообмена при свободной конвекции характеризует число Грасгофа Gr, характер отношения коэффициентов кинематической вязкости и диффузии вещества описывает число Шмидта Sc.Профили распределения (см.рис.1) демонстрируют возможные переходные явления в начале и в конце процессе роста. Рассмотрим и сравним методы, предназначенные для получения поликристаллических блоков кремния рис.2, такие как: плоскодонный вариант вертикального метода Бриджмена (DSS), метод активного теплообмена (НЕМ); метод литья (WICP), в котором плавление исходной загрузки осуществляют в отдельном контейнере, а кристаллизацию с дополнительным использованием горизонтального нагревателя для предупреждения замерзания свободной поверхности расплава.В результате направленной кристаллизации монокристаллический или мультикристаллический кремний для ФЭП должен иметь сумму электрически активных примесей не более той, которая обеспечивает КПД солнечного элемента ~15%. Концентрации элементов B, P, Al в кремнии должны обеспечивать удельное электрическое сопротивление ~ 0,4 Ом•см, а также быть в соотношении, обеспечивающем либо p-, либо n - тип электропроводности. Примесии кристаллическая структура материала в своей совокупности и взаимосвязи должны обеспечивать объемную диффузионную длину ННЗ lнн~100 мкм, сопоставимую с толщиной будущей полупроводниковой пластины для ФЭП (~ 2lнн)[3]. В слитках кремния для солнечных элементов содержание примесей с глубокими уровнями в запрещенной зоне, по-разному влияющих на качество ФЭП, также допускается выше, чем в кремнии«электронного» сорта.При изучении поведения примеси в полупроводнике и влияния на его свойства предполагается, что остальные примеси растворены в нем в таких концентрациях, что ими можно пренебречь, т.е. вполне корректно можно рассматривать первичный твердый раствор на основе полупроводника в двойной системе полупроводник-примесь. Область такого твердого раствора представлена на рис.4, на которой видно, что растворимость примеси существенно зависит от температуры («ретроградный солидус»). Из такой микродиаграммы состояния, которая является типичной для полупроводниковых твердых растворов, извлекается информация о величине предельной растворимости примеси, температуре предельной растворимости, а также о возможности распада твердого раствора, образованного при температуре Т1, в условиях рабочих температур полупроводника Т2 (a>a ). В случае, если при взаимодействии
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Физико-химические основы прямого получения кремния для солнечной энергетики
1.1 Способы очистки кремния
1.2 Выращивание мультикристаллического кремния
1.3 Электрофизические свойства кремния для солнечной энергетики
1.4 Растворимость примесей в кремнии
1.5 Физико-химическое моделирование
2. Методики исследования
2.1 Электрофизические измерения
2.2 Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
3. Экспериментальная часть
3.1 Описание ростового процесса мультикристаллического кремния
3.2 Элементный анализ слитков мультикристаллического кремния методом масс-спектроскопии ИСП-МС
4. Теоретический анализ
4.1Постановка задачи на нахождение эффективных коэффициентов распределения примесей
4.2 Постановка задачи на нахождение физико-химического анализа распределения примесей в кремнии
