系統集成: 朱強
1.單晶硅:別稱硅單晶,是電子信息材料中最基礎性材料,屬于半導體材料.單晶已經滲透到國民經濟和國防各個領域,全球超過2000億美元的電子通訊半導體市場95%半導體器件以及99%以上的集成電路用硅,晶體硅太陽能電池也是近15年來形成產業最快行業之一.
2.多晶硅:單質硅的一種形態.熔融的單質硅在過冷條件下凝固時,硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核,如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,這些結合起來,就形成多晶硅.多晶硅晶體與單晶硅顯著不同點是多晶硅的導電性遠不如單晶硅,幾乎沒電性,因此大部分多晶硅都提煉成單晶硅,用于半導體產業和光伏發電產業.提煉出來的單晶硅可以分為電子級和太陽能級,電子級占55%,太陽能級占45%.隨著光伏發電產業的迅猛發展,太陽能級的需求將逐步上升,到 2008年太陽能級的需求將超過電子級單晶.
(1).光伏發電行情
由于單晶硅的需求量不斷上升,所以在近五年的時間里對單晶爐的需求還是在不斷的上升,但是由于國內缺乏自主創新能力,自主知識產權少,缺乏專業技術人才, 大部分生產廠家的設備不上檔次,處于手動兼自動的狀態,隨著國家對光伏發電發展力度的增強，對單晶硅品質的要求增高，對單晶爐自動化要求也不斷提高，行業前景一片光明。
(5).體會:我不搞政治,不講一些虛無飄渺的話,在這里就講些實際問題.記得幾個月前,一家蕭山的日資企業日本工程師,做一臺出口于日本的芯片掃描檢測設備,所有的電氣器件完全從日本進口.同樣的產品無論從時間上 ,價格上,國內采購,時間上要短,價格上要便宜.我就問他了,山田先生,你為什么不在國內采購,從時間,還是價格上來說,國內都有優勢,他回了我這么一句,我的設備都是出口日本,或者賣給國內的日資企業,我的設備要求100%質量,你們國內的電氣自動化產品無論從質量上還是給我們設備的系統配置上都不能達到我的要求.
這些東西值得我們反思,國內在中等以上設備研發力度上較為薄弱(無論在電氣還是機械上).特別在新能源(風力,光伏),電子制造設備投入人力,物力,財力都不多.不管是最終用戶,系統集成商,都不愿意花大成本開發一個暫時沒有回報性的設備.因此在這些行業上60%左右中高端設備都被國外所壟斷.
在者國內一些制造商,為了短時間內達到經濟效益,胡亂的仿造,造成設備的檔次降低,只能達到原有設備50%功能.在加上行業與行業之間的閉關鎖國,行業內的閉關鎖國,以至商業行情,技術行情的不流通,無形中在國內造成一種壓力(無法在這些行業上有所突破).
以上就是我做此設備項目的心得體會,也非常感謝杭州經營部在此項目的上全力配合和支持.
以上所說的一切,對大家在以后的工作中有百分之一,甚至千分之一幫助,那也是我的榮幸.
(2).太陽能電池平均轉化效率
(3).單晶硅需求產量
3單晶硅制法:單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅,然后用直拉法或懸浮區熔從熔體中生長出來棒狀單晶.單晶硅圓片按其直徑分6英寸,8英寸,12 英寸(300mm)以及18英寸(450mm),直徑越大的晶片所核制的集成電路越多,芯片的價格也越低.由于成本和性能的原因,直拉法(CZ)單晶硅材料應用最廣.然后把單晶棒經過切片,熱處理,研磨等工藝變為成品,在根據等級分為電子級和太陽能級.
4以下主要介紹單晶工藝設備中的最初工藝設備－－－－-直拉法單晶爐，該設備的工藝，工序現已能基本掌握，并且在北侖一家單晶爐設備改造中拉晶調試基本成功。
(1)單晶爐:用于在惰性(氬氣)氣體環境中用石墨加熱器將多晶硅材料熔化,直拉法生長無錯位硅單晶,.現在在北侖調試好的設備中,能夠拉6-8寸的單晶.主要通過晶升,堝升,晶轉,堝轉,溫度控制,直徑控制來完成其整個復雜工藝過程.
單晶爐
單晶硅棒
(2).系統組成(電氣):CJ1M-CPU22,CJ1W-PA205,CJ1W-ID211,
CJ1W-OC211,CJ1W-AD081(2個),CJ1W-AD08V,CJ1W-SCU41,
NS10-TV00B,FZ2-300(視覺傳感器,200萬象素),直流調速板(4個)(廠家提供). ID211主要是用來接受一些報警信號,OC211用來控制晶升,堝升,晶轉,堝轉,晶降,堝降,手自動,進氣.AD081主要用來接受晶升反饋,堝升反饋,晶轉反饋,堝轉反饋,堝位,晶位,溫度,氣體流量.DA08V主要用來控制晶升輸出,堝升輸出,晶轉輸出,堝轉輸出,功率輸出,流量輸出.SCU41 主要是用來和FZ2-300進行通訊來交換數據,FZ2-300主要是用來檢測單晶直徑,從而經過全閉環來進行控制.可以根據實際情況來選擇視覺傳感器, 對于全自動單晶爐需要用到視覺,如果是半自動的設備,用紅外線檢測即可,FZ2-300相對于檢測精度,數據穩定性都較好,但是價格較高(大致在8萬 RMB左右),F160視覺精度,穩定性上不如前者(實地檢測過).
(3).工藝流程:抽真空,熔料,穩定熔接,引晶,放肩,轉肩,等徑,收尾,停爐,以下介紹幾個重點工藝.
a.引晶:晶體的頸部生長過程.
(引晶過程)
引晶是全自動過程中最為關鍵的一步,直接關系到后續過程進行,引晶不好,影響成品的均勻度和彎曲度,從而導致材料的報廢(現在國際上多晶硅為20美元一公斤,拉成一根6英寸的晶棒大致需要14萬RMB左右的原材料).引晶主要是通過視覺傳感器檢測出來的直徑大小來判斷晶升速度快慢,速度太快,導致脫料,需要從引,太慢會導致引晶直徑太粗,影響成品等級數,因此,引晶直徑一般在4.5寸到5寸左右.在半自動情況下,引晶需要靠單晶操作工靠經驗來引出來.
b.放肩:直徑從細頸部分過渡到轉肩的過程,生長晶體的肩部.
(放肩過程)
在放肩過程中,需要把晶升速度減慢,溫度升高,直徑控制不起作用,該過程主要通過單晶長度來控制晶升,堝轉,晶轉,流量,因此單晶長度的穩定性在這一環節上是非常重要的,由于該客戶是通過模擬量來決定單晶長度的,因此或多或少會產生一些干擾,建議在此環節上采用編碼器來決定單晶長度,這樣穩定性要比前者要好的多.
c.等徑:晶體主體開始生長的階段.
(等徑過程)
在等徑過程中,需要直徑,溫度補償來控制.直徑信號在這一控制中會受到一些外界干擾,數據產生跳變,因為爐體本身是一個大功率設備,高頻波比較多,因此在這基礎上做一塊信號過濾板,得到的信號穩定性會更好,也需要不斷的投入溫度來改變爐內狀況,使得爐內不至于結晶或無法形成主體.