史珺博士谈多晶硅铸锭的加热和熔硅过程

索比光伏网讯:多晶硅铸锭通常分为加热、熔料、高温稳定、结晶、退火、冷却等六个阶段。本文介绍加热和熔料两个过程。

（一）加热准备

装好料后，再对炉内进行一遍检查，即可开炉。一般来说，要先对炉子进行抽真空。真空泵逐级打开后，开始通电加温。抽真空的过程虽然很简单，通常是先打开初级泵（机械、旋片或滑阀泵），从大气抽到2000Pa以下后，然后再打开罗茨泵，抽真空到10Pa左右；对于经过清洗的洁净块料，抽真空的顺序只要按照上述步骤进行即可。大约在真空度小于1000Pa时，就可以打开加热电源。

在硅料加热时，可以根据经验采用恒定功率加热，考虑到硅料的热传导性不佳，而RDS3.0炉型采用的是四周加热方式，熔化时，是从四周开始熔化，这时，由于测温点在坩埚中部，因此，四周可能已经熔化并到了很高的温度，但中间的温度并不高，因此，如果采用温度设定的控制方式，可能功率会加得很大。功率大，容易导致坩埚四壁的温度上升，而坩埚由于是采用石英材质的，一旦温度超过1600℃以上，将很容易与硅发生反应，造成坩埚侵蚀；如果温度再上升到1700℃，则坩埚会与硅发生剧烈反应，导致硅液飞溅，坩埚熔穿。严重时，硅液甚至会溅到炉顶，导致石墨件和保温层损坏。因此，通常熔化阶段应当采用功率控制的方式，根据理论计算和经验值，使加热功率按照一定的设定值进行，这样可以保证坩埚温度不会过高。

对于RDS4.0型的炉体，由于采用底部和顶部加热方式，情形会好一些，但如果功率过大，也同样会在坩埚底部发生温度过高的情形，只不过，由于顶部和底部都有红外测温，因此，温度不会过高。但如果红外堵塞或者失控，那么，温度过高的危险性也是同样存在的。

无论是哪种炉型，加热体都在外面，因此，硅料内部和外部的温差是始终存在的，这就是为什么在升温一段时间，要进行一下保温，目的是让外部的热传到里面去，避免内外温差过大，导致熔化时容易出现意外。这就是为什么在熔硅的过程中，加热曲线上会有保温的过程。

（二）硅料熔化

硅料在熔化时，由于需要吸收大量的热量，因此，在熔点附近，温度上升会很慢。要注意，通常，硅的熔点是1414℃，但在熔化时，硅的温度通常要高出1420℃，才有可能使硅顺利熔化。否则，硅料可能发生熔化后，由于周围的硅还是固体，又开始凝固的现象，这就是为什么有时温度会出现上下反复的情况；因为，硅料在熔化时，有时局部在熔化后，温度会超出熔点很多，但周围可能还有没有熔化的硅块；当熔化的硅液流到硅块下面后，硅块又露出来，导致红外测温仪显示的温度又低于熔点。

这样的现象往往持续几个小时，持续的时间与加热器功率有关。有时，当绝大部分硅料熔化时，还有一些较大的硅块未熔化，一旦这些硅块漂到测温仪的视场中，则会发生红外测温仪显示的温度突然下降的现象，严重时甚至会使红外显示温度低于硅液温度50℃以上。此时，不要误解为硅液又凝固了，可能只是暂时的现象而已。

解决熔化不完全的方法就是一直加大功率到硅液完全熔化为止。通常，将硅液升温到1490℃，然后保持一段时间，待从红外测温仪看到硅液表面变得清澈以后，再开始降温。待硅液全部熔化后，即进入真空熔炼的过程了。

责任编辑：solar_robot