单晶硅生长过程中晶体摆动划弧的原因分析及处理办法

赵常福

摘 要：随着单晶光伏发电大规模的应用，市场对单晶硅的需求和竞争越来越激烈和突出，单晶生产过程的管控直接影响单晶成本的高低，然而单晶硅生产过程中晶体摆动是直拉法经常出现的异常现象，并影响单晶的正常生长，造成单晶生产的成本上升，从生长机理方面看，晶体摆动会引起液面温度的变化，对固-液界面的稳定性造成干扰，从而影响单晶的品质和无位错生长；从操作控制方面而言，晶体摆动动会使直径控制变得困难，也不利于等晶生长过程中的自动控制，造成了生产周期的相对延长，从而增加了生产成本。分析了实际生产过程中晶体摆动的来源及其对单晶生长的影响，并探讨了一些解决晶体摆动的方法来消除这一影响。

关键词：直拉法；晶体；摆动

中图分类号：TS262.91 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0048-02

随着单晶硅光伏发电的大规模应用，平价上网的政策驱动，单晶成本的持续降低，单晶硅正向高效率、高品质、无缺陷方向发展。当前硅单晶的主要生产方式为直拉法，在这一生产过程中，晶体摆动对硅单晶的影响不可避免，生产过程中晶体摆动会影响硅单晶的品质。同时，增加了硅单晶的位错机率，影响了硅单晶的成品率，从而影响到生产效益。

1 拉制单晶过程晶体划弧发生的原因

晶体划弧在单晶拉制行业里，大家习惯叫做划弧，其实这种划弧，分为对称摆动和圆周运动两种，并且出现的阶段也不同，有的从开始放肩就摆动或划弧，有的是在等径阶段发生，等径不同长度，都有可能发生，还有的是在划弧时出现，无论哪个阶段发生，一旦发生这种现象，对拉晶影响特别大，轻则影响直径控制，重则断线，从头开始，重新拉制，严重影响生产效率，造成生产成本的上升。

1.1 摆动发生的原因

通过多年对拉晶过程中的晶体摆动和划弧的研究，结合单晶炉结构的特性分析，各部位对拉晶摆动和划弧的影响，根据发生摆动和划弧的现象，总结一线维修的经验，并多次总结和验证，运用统计分析方法，对发生的摆动和划弧进行分类，晶体摆动的原因分析和原因占比见图1，晶体划弧的原因分析和原因占比见图2。

1.2 晶体划弧发生的原因（图2）

2 处理措施

出现摆动或者划弧现象，首先要查找原因，在设备运行时，最可能处理的部位就是上轴，因此先排除上轴出现的问题，如果上轴的问题处理完后，还不能正常，只能停炉处理，因此运行时分析原因很关键。具体分析详情如表1和表2所示。

3 根据运行状态判断原因

在日常生产过程中，大部分划弧摆动故障都有明显原因，可以从不同的拉晶状态判断不同的故障原因：

（1）引放或放肩时划弧摆动：阻尼套松动或损坏、外界震动影响、氩气流量不均、炉体对中及水平偏差、钢丝绳有毛刺、提拉头动平衡失效。

（2）等径前期划弧摆动：晶埚升运行不平稳，晶升、埚升精度异常。

（3）等径后期划弧摆动：挥发物堵塞、排气不均（石墨毡排气口不畅、抽气口排气不匀）。

（4）间歇性划弧摆动：热系统问题，托杆与坩埚轴连接松动、热场温度变化大，加热器发热不均匀、液面温度低拉速过快。

4 结语

单晶生长过程中，晶体摆动和划弧是经常会发生的，会对单晶品质和生长控制造成不利影响，本文是通过长期在单晶生产一线跟踪和处理晶体摆动和划弧而总结的有效经验，并与单晶生长机理结合分析，重点阐述了关于晶体摆动和划弧发生的原因以及处理办法，并分析摆动和划弧的发生机理以及对单晶生长品质、位错、直径等的影响，为工作在单晶生产一线的维修和操作人員提供参考。由于本人水平有限，本文只供参考，不足之处还请谅解。