НАПРАВЛЕННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ В УСЛОВИЯХ ОСЛАБЛЕННОЙ КОНВЕКЦИИ РАСПЛАВА И ГАЗООБМЕНА
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-2-95-102
Аннотация
Впервые методом направленной кристаллизации с использованием погруженного в расплав нагревателя выращен слиток мультикристаллического кремния. Для изучения взаимодействия материала корпуса нагревателя с расплавленным кремнием использован макет нагревателя в виде графитовой пластины, покрытой защитным слоем SiC специальной структуры. В процессе кристаллизации пластина находилась на поверхности расплава и практически полностью перекрывала зеркало расплава. Это существенно снизило интенсивность газообмена между расплавом и атмосферой в печи. В отсутствие свободной поверхности у расплава конвекция Марангони не возникала. Кристалл рос в условиях ослабленной конвекции расплава, особенно на завершающей стадии кристаллизации, когда толщина слоя расплава была значительно меньше поперечного размера тигля. Установлено, что полученный кристалл имеет ярко выраженную столбчатую структуру. Измеренное удельное сопротивление меняется с высотой слитка от 1 до 1,3 Ом ⋅ см, а время жизни неосновных носителей заряда достигает 3,7 мкс. С помощью Фурье−ИК−спектроскопии проведено исследование распределения кислорода и углерода по слитку. Показан принципиально иной характер изменения концентрации углерода по высоте слитка по сравнению с типичной линейной зависимостью для метода направленной кристаллизации.
Ключевые слова
направленная кристаллизация,
погруженный в расплав нагреватель,
мультикристаллический кремний,
характеризация,
содержание кислорода и углерода
При поддержке: Ш. Рипе, К. Шмид (Институт Фраунгофера ISE, Фрайбург), А. Смирнов (STR Group Ltd., Санкт−Петербург), компания «Роберт Бош»
Об авторе
М. А. Гоник
ООО «Центр материаловедения «Фотон»
Россия
Россия
кандидат техн. наук, директор,
ул. Ческа Липа, д. 10, Александров, Владимирская область, 601655
Список литературы
1. von Ammon, W. Application of magnetic fields in industrial growth of silicon single crystals / W. von Ammon, Yu. Gelfgat, L. Gorbunov, A. Mühlbauer, A. Muiznieks, Y. Makarov, J. Virbulis, G. Müller // The 15th Riga and 6th PAMIR Conf. on Fundamental and Applied MHD. − Riga, 2005. − P. 41—54.
2. Nouri, A. Control of multicrystalline photovoltaic silicon solidification by using a travelling magnetic field / A. Nouri, Y. Delannoy, K. Zaïdat // Proc. PAMIR Conf. − Borgo (France), 2011.
3. Цивинская, Ю. С. Управление процессами массопереноса при получении поликристаллического кремния методом Бриджмена / Ю. С. Цивинская, В. Н. Попов // Изв. Томского политехн. ун−та. − 2012. − Т. 320, № 2. − С. 140—144.
4. Антонов, П. В. Численное моделирование сопряженного теплообмена при получении слитков кремния методом Бриджмена / П. В. Антонов, В. С. Бердников // Тр. Междунар. конф. «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика». − Новосибирск, 2011.
5. Пресняков, Р. В. Выращивание мультикристаллического кремния на основе металлургического кремния высокой чистоты: автореф. дисс. … канд. техн. наук / Р. В. Пресняков. − Иркутск, 2013.
6. Gonik, M. A. Silicon crystal growth by the modified FZ technique / M. A. Gonik, A. Cröll // CrystEngComm. − 2013. − V. 15, N 12. − P. 2287—2293. DOI: 10.1039/C2CE26480C.
7. Gonik, M. Material development for directional solidification of multicrystalline silicon by AHP method / M. Gonik, S. Riepe, C. Schmid, A. Smirnov // Proc. ICCG−17. − Warsaw (Poland), 2013.
8. Ostrogorsky, A. G. Single−crystal growth by the submerged heater method / A. G. Ostrogorsky // Meas. Sci. Technol. − 1990. − V. 1. − P. 463—464.
9. Golyshev, V. D. A temperature field investigation in case of crystal growth from the melt with a plane interface on exact determination thermal conditions / V. D. Golyshev, M. A. Gonik // Cryst. Prop. and Preparation. − 1991. − V. 36−38. − P. 623.
10. Марченко, М. П. Моделирование процесса выращивания Si методом ОТФ / М. П. Марченко, В. Д. Голышев, М. А. Гоник, И. В. Фрязинов // Тез. докл. III Нац. конф. по выращиванию кремния. − М., 2003. − C. 64—66.
11. Gonik, M. A. Application of the submerged AHP heater for the growing of the multi-crystalline silicon / M. A. Gonik, A. I. Nepomnyaschih, V. V. Kalaev, A. D. Smirnov // Abstr. ACCGE−17 Conf. − Lake Geneva (Wisconsin, USA), 2009.
12. Breitenstein, O. Shunt types in crystalline silicon solar cells / O. Breitenstein, J. P. Rakotoniaina, M. H. Al Rifai, M. Werner // Prog. Photovolt: Res. Appl. − 2004. − V. 12, N 7. − P. 529— 538. DOI: 10.1002/pip.544.
13. Reimann, C. About the formation and avoidance of C and N related precipitates during directional solidification of multi−crystalline silicon from contaminated feed stock / C. Reimann, M. Trempa, J. Friedrich, G. Mueller // J. Cryst. Growth. − 2010. V. 312, N 9. − P. 1510—1516. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2010.02.003.
14. Gao, B. Crystal growth of high−purity multicrystalline silicon using a unidirectional solidification furnace for solar cells / B. Gao, X. J. Chen, S. Nakano, K. Kakimoto // J. Cryst. Growth. − 2010. V. 312, N 9. − P. 1572—1576. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2010.01.034.
15. Гоник, М. А. К возможности выращивания объемных кристаллов Si—Ge−методом ОТФ / М. А. Гоник, A. Cröll // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2013. − № 3. − С. 12—19.
16. Филонов, К. Н. Новый способ получения наноструктурированных карбидокремниевых покрытий / К. Н. Филонов, В. Н. Курлов, Н. В. Классен, Е. А. Кудренко, Э. А. Штейнман // Изв. РАН, сер. физ. − 2009. − Т. 10. − С. 1457—1459.
17. Belmann, M. Personal communication, 2013.
18. Binetti, S. Silicon sample for PV application grown under reduced melt convection / S. Binetti, M. Gonik, A. Le Donne, A. Cröll // J. Cryst. Growth. − 2015. − V. 417, N 5. − P. 9—15. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.11.039.
19. Binetti, S. Effect of nitrogen contamination by crucible encapsulation on polycrystalline silicon material quality / S. Binetti, M. Acciarri, C. Savigni, A. Brianza, S. Pizzini, A. Musinu // Mater. Sci. and Eng. B. − 1996, V. 36, N 1. − P. 68—72. DOI: 10.1016/0921−5107(95)01268−0.
20. Müller, G. Convection and inhomogeneity in crystal growth from the melt / G. Müller. − Berlin ; Heidelberg : Springer−Verlag, 1988. − V. 12. − 136 p. DOI: 10.1007/978−3−642−73208−9_1
Рецензия
Для цитирования:
Гоник М.А. НАПРАВЛЕННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МУЛЬТИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ В УСЛОВИЯХ ОСЛАБЛЕННОЙ КОНВЕКЦИИ РАСПЛАВА И ГАЗООБМЕНА. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015;18(2):95-102. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-2-95-102
For citation:
Gonik M.A. Directional Crystallization of Multicrystalline Silicon in a Weak Melt Convection and Gas Exchange. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(2):95-102. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-2-95-102
Просмотров:
1359
Послать статью по эл. почте 