铸锭法制备多晶硅工艺简介

铸锭多晶硅是介于原始多晶硅与单晶硅之间的一种产品。铸锭硅虽然也属于多晶硅，但它的晶粒要比原始多晶硅大得多，一般为几到几十毫米。铸锭硅的生产是把高纯多晶硅装入到铸锭炉中，先熔化成液态，通过铸锭炉的自动化操作，使液态硅自下而上缓慢地重新结晶，生成一块大晶粒的多、单晶体的铸锭硅。

多晶硅铸锭工艺有直接熔化法、浇铸法、冷坩埚连续铸锭法。冷坩埚连续铸锭法可以将硅锭铸到几米长。目前国内先进的铸锭炉有270kg及450kg两种规格，主要用于太阳能级多晶硅锭的生产。采用先进的多晶硅定向凝固技术，将硅料高温熔融后，通过特殊工艺，由下而上冷凝结晶，形成正方形的硅锭。铸锭多晶硅尺寸分别为690mm×690mm和840mm×840mm。铸锭多晶硅工艺和直拉单晶工艺都属于定向凝固过程。铸锭多晶硅工艺不需要籽晶，当硅料完全熔化后，缓慢下降坩埚，通过热交换台进行热量交换，使硅熔液形成垂直的、上高下低的温度梯度，保证垂直方向散热。此温度梯度会使硅在埚底产生很多自发晶核，自下而上地结晶，同时要求固液界面水平。这些自发晶核开始长大，由下而上地生长，直到整埚熔体结晶完毕，硅锭凝固就完成了。当所有的硅都固化之后，铸块再经过退火、冷却等步骤，最终生长出高质量的铸锭。冷却到规定温度后，开炉出锭。(www.xing528.com)

铸锭多晶硅工艺主要设备是铸锭多晶硅炉和石英陶瓷坩埚。铸锭多晶硅炉是真空电炉，主要由五部分组成：钢结构平台及炉体、加热隔热系统、真空与供气系统、水冷却系统、电源与控制系统。石英陶瓷坩埚是装载多晶硅料的容器，可在1450℃以上高温下连续工作50h以上。要求坩埚具有结构均匀、致密、整体均匀性好，并对纯度、强度、外观缺陷、内在质量、高温性能、热震稳定性、尺寸精度等都有极其严格的要求。制品中的气孔呈微孔状均匀分布的特点，可显著提高制品的热震稳定性，增强石英陶瓷坩埚在铸锭过程中的抗炸裂能力。使用前要对坩埚进行Si₃N₄喷涂，然后进行低温烘烤（约90℃），再进行高温烧结（约1000℃，22h）。