铸造多晶硅制备技术的研究进展

铸造多晶硅制备技术的研究进展

*

张发云1

,叶建雄

2

(1 新余高等专科学校太阳能科学与工程系,新余338000;2 南昌工程学院机械与动力工程系,南昌330099)摘要 近年来,由于低成本、低耗能和少污染的优势,铸造多晶硅成为主要的光伏材料之一,越来越受到人们的广泛关注。系统论述了太阳能级多晶硅制备技术的研究进展,重点介绍了目前铸造多晶硅制备技术,如浇注法(Ingot casting )、定向凝固法及电磁感应加热连续铸造法(EM CP )。另外,着重阐述了铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多晶硅晶粒组织中晶界和位错的形成与控制以及定向凝固的数值模拟技术,讨论了铸造多晶硅材料的研究现状和存在的问题,展望了今后的发展方向。

关键词 太阳能级多晶硅 定向凝固 提纯 铸造技术中图分类号:T G249 文献标识码:A

Research Progress of Fabrication Process of Cast Multicrystalline Silicon

ZH ANG Fayun 1,YE Jianxiong 2

(1 Depart ment o f So lar Ener gy Science and Engineering ,X inyu co llege,Xinyu 338000;

2 Depart ment o f M echnial and Po wer Eng ineering;N anchang Institute of T echnolog y,N anchang 330099)Abstract Recently ,due to the superio rit y of low cost,low ener g y consumptio n and less pollutio n,cast multi cr ystalline silicon has obtained mor e and mo re attention for being one of the main pho tov olt aic mater ials.T he r esear ch pro gr ess o f preparation technolo gy o f multi cry stalline silicon for solar cells is summar ized in the paper,the fabr icatio n techniques of cast mult icry st alline silicon at present ar e mainly intro duced,such as ing ot cast ing ,directional solidifica tio n and the electromag netic continuous pulling.In additio n,t he pur ificatio n technique fo r phosphorus and bor on in metallurg ical gr ade silicon is ex plained in details,for mat ion and co ntr ol o f g rain boundary and dislo cation of multicr ys talline silico n micr ostructure a re also pr esented.M oreo ver,numerical simulat ion t echnolog y o f dir ect ional solidificatio n is discussed.In this paper,the research st at us,ex isted pr oblems and possible future develo pments are r ev iew ed in de tail.

Key w ords solar g rade multicry stalline silico n,directio nal solidificatio n,pur ificatio n,cast ing techno lo gy

*江西省教育科学 十一五 规划2007年重点课题(07ZD043)资助项目;2008年新余市科技计划项目和2008年校级重点课题

张发云:男,1967年生,博士,主要从事光伏材料与先进轻合金材料制备技术的模拟及仿真研究 E mail:zfyabc@126.co m

0 引言

自1954年实用的太阳电池问世以来,晶体硅太阳电池一直在世界光伏市场居统治地位,占太阳电池总产量的80%~90%。就其晶体形态而言,主要有单晶硅、多晶硅及非晶硅3大类。单晶硅的电池转换效率较高,但拉制工艺相对复杂,且对原料要求较严,最终导致成品电池成本偏高;非晶硅电池成本低,但换效效率也较低,且由于非晶硅的S W 效应,致使其性能稳定性较差;与上述两者相比,多晶硅电池转换效率适中,制造成本较低,即性价比较高。近年来,多晶硅太阳电池正是以其高性价比的优势,得到了迅速的发展,市场占有率已达50%以上[1-10]

。

当前,随着太阳能光伏产业在全球范围内的迅猛发展,作为太阳电池最重要原材料的太阳能级多晶硅在全球范围内严重短缺,供需缺口高达50%以上,导致其价格成倍上涨。西门子法是目前生产多晶硅的主要技术,但存在着耗能

高、投入成本巨大、生产流程长、工艺控制难和环境污染大等缺点。因此,探索一种具有耗能低、投入成本少、工艺操作简单且环境污染小的多晶硅制备技术已成为各国学者研究的重点。而冶金物理法具有成本低、技术成熟度高、环境污染小、工艺相对简单等特点。特别是近年来通过对铸造工艺的不断改进,对多晶硅材料内部缺陷和杂质的深入研究,以及数值模拟技术的成熟与运用,使得铸造多晶硅太阳电池的转换效率也得到了迅速的提高,是最有希望实现太阳能级硅的大规模生产的关键技术[11-16]。

本文综合论述了近年来铸造多晶硅定向凝固制备技术的研究进展,着重阐述铸造多晶硅中磷和硼的提纯、多晶硅晶粒组织中晶界和位错的控制以及定向凝固的数值模拟技术,并展望了铸造多晶硅的发展前景。

1 铸造多晶硅锭的制备技术

目前,铸造多晶硅锭的制备技术主要有:浇注法(Ingot

cast ing)、定向凝固法及电磁感应加热连续铸造法(EM CP)等[17-19]。

1.1 浇注法

浇注法[20]

于1975年由Wacker 公司首创并用来制备多晶硅材料,其工艺过程是将硅料置于预熔坩埚内熔化,而后利用翻转机械将其注入预先准备好的凝固坩埚内进行结晶,结晶时始终控制固液界面的温度梯度,保证固液界面在同一平面上,最终使所有的硅熔体结晶(如图1所示)

。

图1 浇注法基本原理示意图

Fig.1 Sc hematic d iagr am of the fund amental

pr inciple of ingot casting

浇注法工艺成熟、设备简单、易于操作控制,且能实现半连续化生产,其熔化、结晶、冷却都分别位于不同的地方,有利于生产效率的提高和能耗的降低。然而,由于浇注法所用的坩埚材料多为石墨、石英等,并且熔化和结晶使用不同的坩埚,硅锭二次污染较严重。所以用该法制备的多晶硅杂质元素含量较高,同时受熔炼坩埚及翻转机械的限制,炉产量较小。

为了降低坩埚对硅锭的污染,研究者提出了一种改进方法。在坩埚内壁涂上Si 3N 4膜层,以降低来自坩埚杂质的玷污。同时,S i 3N 4涂层还能起到一定的润滑脱模作用,因为硅熔体在高温时与石墨发生反应,加之硅凝固过程中的体膨胀作用,易造成硅锭与石墨模具的粘连,冷却后难以脱模,使用Si 3N 4涂层后硅熔体和坩埚内壁不粘结,这样既可以降低凝固时产生的大量应力又能多次使用坩埚,从而降低了生产成本。但最近美国的研究者Buonassisi 等[21]通过分析比较了 S i 3N 4涂层与铸造多晶硅中杂质的种类、相对浓度、含有杂质颗粒的化学态和杂质分布状况及其形成机理后,认为在铸造多晶体生长时,Si 3N 4涂层中的金属与非金属杂质可能会污染铸造多晶硅,并提出了相应解决措施:(1)减少 Si 3N 中杂质含量;(2)改善 Si 3N 的结构质量,使得在晶体生长时 Si 3N 中的分解物降到最低;(3)降低坩埚的表面面积与体积的比率(如增大坩埚尺寸大小)。

1.2 定向凝固法

定向凝固法通常指的是在同一个坩埚中熔炼,利用杂质元素在固相和液相中的分凝效应达到提纯的目的,同时通过单向热流控制,使坩埚中的熔体达到一定温度梯度,从而获得沿生长方向整齐排列的柱状晶组织。依据控制硅熔体热流方向的不同,定向凝固法主要分为热交换法(H EM )和布

里奇曼法(Bridgm an)等,基本原理如图2和图3

所示。

热交换法的基本原理是在坩埚底板上通以冷却水或气进行强制冷却,从而使熔体自上向下定向散热;而布里奇曼法则是将坩埚以一定的速度移出热源区域,从而建立起定向凝固的条件。目前,通过布里奇曼法可生产出横截面尺寸大于600m m 600m m 、重量超过300k g 的多晶硅锭[22],在实际生产中,大都采用热交换法与布里奇曼法相结合的技术。

定向凝固法的熔化及凝固过程皆在同一坩埚中,避免了熔体的二次污染,液相温度梯度接近常数,生长速度可以调节,因此,用定向凝固法所得硅锭制备的电池转换效率较高。但该制备工艺能耗大、产能较小,多晶硅生长速度慢,且坩埚只能用1次,生产成本较高。另外,在定向凝固过程中,由于分凝现象铸造多晶硅锭杂质浓度会随着硅锭高度的变化而变化,杂质的最高浓度分布在最后凝固的硅锭顶部和最先凝固的锭底部(由于长时间与坩埚低接触而受固态扩散的污染)。因而,在硅锭的中部少数载流子的寿命和扩散长度是最高的,而在其顶部与底部少数载流子的寿命明显缩短。因此,实际生产中多晶硅铸锭头尾料需切除,留去中间部分,降低了材料的利用率[23]。

1.3 电磁感应加热连续铸造法(EM CP)

电磁感应加热连续铸造法[24]的基本原理是利用电磁感应加热来熔化硅原料,其熔化和凝固过程可以在不同部位进

行,节约了生产时间。且随下部硅锭一起向下抽拉时,上部硅锭可以同时凝固,从而实现过程的连续操作[25]。与浇注法和定向凝固法相比,该工艺具有以下优点:(1)在熔炼过程中,由于不使用坩埚,避免了硅料和坩埚的接触污染以及坩埚损耗;(2)提高了生产率,可以实现连续操作;(3)由于电磁感应加热及连续铸造,硅锭性能稳定,避免了常规浇注过程中因杂质分凝导致的硅锭质量分布不均匀、需进行切除头尾料的现象,有利于提高材料的利用率。EM CP法的不足之处在于:(1)生长的多晶硅中颗粒尺寸较小;(2)由于其凝固速率较快以及固液界面处不平而易产生较高的热应力,使得其位错密度相对较高,从而造成该工艺生产的多晶硅材料转换效率也相对较低。Boudaden等[26]比较了快速热处理对电磁感应加热连续铸造法与定向凝固法制备多晶硅的影响。结果表明,经快速热处理工艺后,与定向凝固法相比,EM CP法制备的多晶硅材料中少数载流子的寿命明显延长。

2 铸造多晶硅的杂质、缺陷及工艺改性

2.1 铸造多晶硅的杂质

铸造多晶硅中的杂质去除[22]主要是利用合金元素在定向凝固过程中的分凝效应,即不同杂质元素在固相和液相中具有不同的溶解度,使得其偏聚到最后凝固的液相中,从而达到提纯的目的。对于分凝系数k0=C s/C l小的杂质和浅能级杂质,该方法对前者的去除效果好,如表1所示。除P和B 杂质外,其它杂质元素的平衡分凝系数远远小于1,因此,在硅熔体结晶过程中,平衡分凝系数远远小于1的杂质不断从固 液界面偏析到硅熔体中,形成杂质向末端富集,待硅熔体全部结晶完毕,采用机械切除杂质浓度高的部分,从而完成平衡分凝系数远远小于1的杂质的去除;但对于平衡分凝系数较大的P和B,定向凝固技术难以使这2种杂质元素很好地偏聚到硅熔体中,P和B杂质元素的去除也是太阳能级多晶硅定向凝固的难点。M iki等[27]从热力学角度研究了从硅中除去P的可能性,认为在温度为1823K时P以单原子和双原子形式蒸发;当硅中P的含量低于5 10-5时,单原子P蒸气在气相中占主导地位。D.M orvan等[28]利用感应氩等离子体并加入氧气作为反应气体生成B的挥发性产物,从而达到除B的目的。

表1 硅熔体结晶过程中杂质平衡分凝系数

Table1 Equilibrium segregat ion coeff icient s of impurit ies

in crystallization of silicon

P B C Al Ga Fe k00.350.90.070.0020.0088 10-6 Cu M n T i In N i

k05 10-410-52 10-64 10-43 10-5

总之根据晶体生长理论和杂质分凝原理,如何确定和动态调整结晶速度、如何控制结晶过程中固 液界面形状,是应用定向凝固原理提纯冶金硅、取得较高成品率的关键因素。

2.2 铸造多晶硅中的缺陷

铸造多晶硅中具有高密度的缺陷(如晶界和大量的位错等组织缺陷),这些缺陷也是影响太阳电池转换效率的重要因素。

2.2.1 晶界

对于铸造多晶硅,晶粒尺寸越大越好,这样可以减少晶界的表面积,并且最好使晶界方向与硅晶片表面相互垂直,这样可以明显降低晶界对多晶硅太阳电池转换效率的影响。因此,通过采用定向凝固技术可以获得沿生长方向整齐排列的粗大柱状晶组织,这些粗大的柱状晶尺寸减少了晶界数量,也有利于提高太阳电池转换效率。武冠男等[22]研究认为,多晶硅锭晶粒形状和尺寸主要取决于定向凝固工艺,即晶体生长过程中的温度分布、凝固速度、固 液界面形状等因素,其中凝固速率的影响最大,是控制凝固组织的主要参数。

2.2.2 位错

位错是铸造多晶硅中一种重要的微观结构缺陷。在晶体生长过程中由于温度分布不均匀,导致热应力的产生,从而在晶粒中形成大量的位错;另外,生成的各种沉淀,由于其晶格尺寸的不匹配,也会导致位错的产生,位错或位错团可以大幅度地缩短少数载流子的扩散长度,这是因为位错本身的悬挂键具有很强的电活性,可以直接作为光生载流子的复合中心[29],位错密度越大,非本征吸杂的效果就越差。因此,无论是为了提高电池转换效率,还是为了有效吸杂,都必须最大限度地降低硅晶体中的位错密度。

2.3 多晶硅中的工艺改性

目前,为了提高由铸造多晶硅材料制成的太阳电池的转换效率,除了采用工艺合理的定向凝固技术除杂外,钝化工艺是进一步改善铸造多晶硅电池转换效率的关键因素。另外,寻找适合铸造多晶硅表面织构化的工艺也是当今低成本制备高效率电池的重要方法。

2.3.1 钝化

在高效太阳电池上常采用钝化技术来提高太阳电池的效率,近年来该技术在光伏级的晶体硅材料上的使用也产生了明显的效果。特别是铸造多晶硅中位错、晶界等扩展缺陷存在的悬挂键和金属杂质是少数载流子的复合中心,采用钝化手段来中和这些复合中心也就成为提高材料性能的另一种有效途径[20]。目前通常采用2种钝化方式:氢钝化和氧化钝化。氢的主要作用为钝化晶界、位错和电活性杂质的电学性能。氢钝化的效果与硅中的氢外扩散和在缺陷处的沉积相关。另外,氢还可以钝化晶体硅的表面,氢原子与悬挂键结合,可以消除表面态,改善材料性能[25]。周春兰等[30]研究了等离子体增强化学气相沉积(PECV D)的SiN x H以及热氧化SiO2的双层表面钝化。研究结果表明,这2种方法对P 型晶体硅基片以及n+发射极都具有较好的钝化效果,且经过短时的高温氧化工艺之后,还能保持晶体硅材料较高的体寿命值(大于20 s),从而获得较高的转换效率。

2.3.2 表面织构

为了提高铸造多晶硅对光的吸收率,常常采用以下几种措施:(1)降低表面反射;(2)改变光在电池体内部的路径;

(3)采用背光反射。对于单晶硅来说,采用异向性化学腐蚀即可以在其(100)面得到理想的绒面结构;而多晶硅由于存

在多种不同的晶向,采用上述方法无法得到均匀的绒面,也不能有效降低多晶硅的反射率。因此,多晶硅表面的绒面制备技术一直是当前国内外的一个研究热点。目前,多晶硅绒面技术主要有机械刻槽、激光刻槽、反应离子腐蚀和各向同性酸腐蚀[31]。赵汝强等[32]利用各向同性酸腐蚀法制备了多晶硅的绒面。研究表明,随着反应时间的延长,表面形貌从微裂纹状变为气泡状,反射率先降后升;通过优化各种参数,获得了与太阳电池后续工艺相适应的多晶硅绒面。

3 数值模拟

随着计算机数值模拟技术的不断改进,计算机模拟技术作为产品设计、生产、加工等主要的辅助手段,其应用范围不断扩大,已开始应用于太阳能光伏材料的制备与加工。特别是在铸造多晶硅领域,由于制备铸造多晶硅的实验费用非常昂贵,且研制周期较长,会造成人力物力的浪费,所以计算机对提纯多晶硅过程的模拟将成为一个非常有价值的工具。采用数值模拟技术,根据不同工艺方案对铸造多晶硅定向凝固过程进行数值模拟,分析其凝固过程,确定最佳的工艺方案,不但可以节省人力物力,而且还可以缩短研制周期,提高多晶硅质量。

与单晶硅相比,多晶硅存在晶粒间界和晶粒的不同取向,晶粒间界中的大量缺陷在硅的禁带中形成的界面态是光生载流子的复合中心,影响多晶硅太阳电池特性和效率。控制晶体凝固过程中的晶粒形状和尺寸是降低界面态密度进而提高多晶硅太阳电池性能的重要手段之一[33]。而多晶硅锭晶粒形状和尺寸的控制在很大程度上取决于硅锭制备工艺过程,即晶体生长过程中的温度分布、凝固速度和固 液界面形状。计算机模拟定向凝固时的主要困难是精确地获得材料参数,如杂质有效沉淀密度、平均沉淀位置半径、分凝系数、杂质有效扩散系数等。因此,如何确定这些材料参数的模型将是未来定量研究定向凝固技术的重要任务。刘秋娣等[34]采用数值模拟方法研究了几何参数及热量变化对多晶硅锭凝固过程、固 液界面形状和温度梯度的影响。研究结果表明,随固化量的增加,温度梯度先快速下降,之后趋于常量。在冷源半径保持相对较小值的条件下,界面曲率出现最大值;冷源半径如果相对较大,界面曲率一直呈上升趋势。增大石墨托底的厚度和坩埚的厚度使界面曲率下降,倘若增大石墨托侧壁的厚度则界面曲率增大。因此采用底部较厚的石墨托有利于获得较小的界面曲率。Steinbach等[35]利用计算机模拟技术研究了太阳能级铸造多晶硅的凝固过程和多晶硅在结晶过程中的温度场分布、不同杂质浓度下凝固速度的计算与晶粒的生长预测,模拟结果与实验验证较吻合,具有较高的理论指导意义。

总之,在采用定向凝固技术制备多晶硅时,运用计算机模拟技术针对其热力学和动力学过程进行仿真模拟,可以进一步深入研究铸造多晶硅凝固过程,为改善铸造过程中热环境、减少硅锭中的应力及晶粒生长时形成理想的柱状晶粒提供有力保障,也为太阳电池材料的结构 性能 制备一体化设计开辟新的研究途径。4 结语

太阳能光伏技术在解决能源短缺、减少环境污染、提供清洁可再生高效能源方面发挥着越来越重要的作用。目前,多晶硅为太阳电池最主要的材料,低成本、低耗能和少污染化将是今后多晶硅制备技术发展的主要方向。因此,太阳电池多晶硅铸造技术必将得到人们的广泛关注,也是最有希望实现太阳能级硅大规模生产的关键技术。但是该技术在提高转换效率,控制硅锭晶粒形状、尺寸、内部组织缺陷和杂质分布均匀性等方面还有许多研究工作要做。然而,随着计算机技术的飞速发展、工业信息化的推进,运用数值模拟技术对多晶硅铸造技术中的定向凝固工艺参数进行优化,减少硅锭中的组织缺陷,提高铸锭质量,尽快形成太阳能级硅的低成本、低能耗、大规模的工业化生产技术,从而实现太阳电池的大规模应用,为光伏领域开拓了一个崭新的发展方向。

参考文献

1 A dolf G,H ebling C,Schock H W.Photo vo ltaic materials,

histo ry,status and o utlook[J].M ater Sci Eng,2003,

(40):1

2 郭景杰,黄锋,陈瑞润,等.太阳能电池用多晶硅铸造技术研

究进展[J].特种铸造及有色合金,2008,28(7):516

3 武冠男,张军,刘林,等.太阳能级多晶硅定向凝固技术的研

究进展[J].铸造技术,2008,29(5):673

4 石湘波,许志强,施正荣,等.铸造多晶硅的吸杂[J].江南

大学学报(自然科学版),2006,5(6):749

5 俞征峰,席珍强,杨德仁,等.铸造多晶硅中热施主形成规

律[J].太阳能学报,2005,26(4):581

6 陈金学,席珍强,吴冬,等.铸造多晶硅中铁的磷吸杂和氢钝

化机理[J].半导体学报,2005,26(8):1549

7 邓海,杨德仁,唐骏,等.铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影

响[J].太阳能学报,2007,28(2):151

8 邓太平,毛文行,尹传强,等.太阳能多晶硅锭中夹杂的物相

与分布特性[J].材料科学与工程学报,2008,26(3):449

9 吴亚萍.太阳能级多晶硅的冶金制备研究[D].大连:大连

理工大学,2006

10陈金学.晶体硅太阳电池材料的磷吸杂研究[D].杭州:浙江大学,2005

11Dietl J,H elmr eich D,Sirtl E.Cry stals:G row th,pro pert ies and applicatio ns[J].Spring er V er lag,1981,(5):57

12Geer lig L J,K omatsu Y.P recipitates and hy drog en passiva tio n at cr ystal defect s in n and p t ype multicrystalline silicon [J].J A ppl Phys,2007,(102):2

13Bei W,Nat han S,M a R H,et al.Bulk multicr ystalline sili con gr ow th fo r photo vo ltaic(P V)applicatio n[J].J Cry st

G row th,2008,(310):2178

14F ranke D,Rettelbach T,H abler C,et a l.Silico n ing ot cas ting:P ro cess development by numerical simulations[J].So lar Ener gy M ater So lar Cells,2002,(72):83

15刘长松,朱震刚.分子动力学模拟液态硅的扩散性质[J].中

山大学学报(自然科学版),2001,(40):279

16刘秋娣,林安中,林喜斌.多晶硅锭的制备及其形貌组织的研究[J].稀有金属,2002,26(6):416

17汪建军,刘金霞.太阳能电池及材料研究和发展现状[J].浙江万里学院学报,2006,19(5):73

18M ller H J,F unke C,R inio M,et al.M ulticry st alline silicon fo r solar cells[J].T hin Solid F ilms,2005,487(122):179

19席珍强,杨德仁,陈君.铸造多晶硅的研究进展[J].材料导报,2001,15(2):66

20Buo nassisi T,I st ratov a A A,Pickett M D,et al.T r ansit ion metals in pho tov oltaic gr ade ing ot cast multicrystalline sili con:A ssessing the role of im purities in silico n nitride cruci ble lining mater ial[J].J Cr yst Gr ow th,2006,(287):402

21武冠男,张军,刘林,等.太阳能级多晶硅定向凝固技术的研究进展[J].铸造技术,2008,29(5):673

22M ar tinuzzi S,P erichaud I,Palais O.Segr egatio n phenomena in larg e size cast multicr ystalline Si ing ots[J].So lar Ener gy M ater Sola r Cells,2007,(91):1172

23Perichauda I,M ar tinuzzi S,Durand F.M ult icry sta lline sili con prepared by electro magnetic co ntinuous pulling:R ecent results and co mpar ison to directio nal solidificatio n material [J].So lar Ener gy M ater So lar Cells,2002,(72):101

24杨德仁.太阳能电池材料[M].北京:化学工业出版社,2006 25Boudaden J,M onna R,L og hmarti M,et al.Co mpar ison o f phospho rus gett ering fo r differ ent mult icry sta lline silicon [J].So lar Ener gy M ater So lar Cells,2002,(72):381

26M iki T,M or ita K,Sano N.T hermo dy namics of pho spho

rusin molten silicon[J].M etall M ater T rans,1996,27B:937 27M o rv an D,Cazar d Juvenat I,Amo ur oux J.Photo vo ltaic si licon produced by thermal plasma:Inf luence of ato mic hy drog en o n ox yg en eliminatio n and passiv ation of the cr ystal defects[J].J M ater Res,1998,13(10):2709

28邓海.铸造多晶硅中原生杂质及缺陷的研究[D].杭州:浙江大学,2006

29周春兰,唐煜,王文静,等.晶体硅太阳电池的SiN x H/热氧化SiO2的双层结构的表面钝化特性研究[C]//第十届中国太阳能光伏会议论文集.杭州:浙江大学出版社, 2008:46

30N aray anan S.L arg e ar ea multicry stalline silicon solar cells in hig h volume product ion environment histor y,status,new pro cesses,techno log y t ransfer issues[J].So lar Ener gy M a ter So lar Cells,2002,(74):107

31赵汝强,沈辉,梁宗存,等.多晶硅太阳电池表面酸腐蚀织构化工艺的研究[C] 第十届中国太阳能光伏会议论文集.

杭州:浙江大学出版社,2008:58

32Bardsley W.Impo rtant electr onic materia ls[J].J Cr ystal

G row th,1980,48:505

33刘秋娣,林安中.多晶硅锭凝固过程的影响因素分析及数值模拟[J].有色金属,2003,55(1):15

34Steinbach I,A pel M,Rettelbach T,et al.N umer ical simu lations fo r silico n cry sta llizat ion pr ocesses:Examples fro m ing ot and ribbon casting[J].Solar Energ y M ater So lar Cells,2002,(72):59

(责任编辑 曾文婷)

材料导报 研究简报征稿

材料导报 创刊于1987年,是全国中文核心期刊,中国科技论文统计源期刊(科技核心期刊),中国科学引文数据库来源期刊和CNKI期刊全文数据库收录期刊。

科学技术的飞速发展使研究成果产出的周期缩短,对快速及时发布科学研究新成果的需求也日益增强。为使科技工作者及其单位抢先获得科技成果的首发权和知识产权,本刊在 材料导报 (研究篇)特设 研究简报 栏目。此栏目以创新性和快速发布研究成果为特色,主要征集学术性强、具有创新思想的研究报道,以促进成果推广和学术交流。

一 投稿要求

(1)研究简报是学术论文、科技报道的一种新形式,是对课题研究成果的快速报道,具有原创性和较强的学术性、创新性。

(2)报道内容应为研究课题的最新阶段性或部分科研新成果或进展。

(3)文稿应论点明确、论据可靠、数据准确、逻辑严谨、文字通顺。

(4)文稿格式与研究论文相同,字数一般不超过6000字。

(5)文稿必须经过导师和课题组的严格讨论和审查,保证文稿的质量和原创性,投稿作者主要针对博士、教授及研究员等。稿件中需有第一作者简介、E m ail、电话、通讯地址等,以便联系。

(6)研究课题必须为国家或省部级基金资助项目。

(7)来稿一律不退,请自留底稿。

二 投稿及刊发

(1)投稿时请邮寄2份打印稿到重庆市渝北区洪湖西路18号 材料导报 编辑部,并请在信封上注明 特投研究简报栏目 ,同时将稿件的电子版发送至mat rev@https://www.wendangku.net/doc/6d11118398.html,。

(2)投稿一经采用将在3个月内安排发表。

(3)如有一稿多投、剽窃或抄袭行为者,一切后果由作者本人负责。

材料导报 编辑部

多晶硅的传统制备方法

https://www.wendangku.net/doc/6d11118398.html, 多晶硅的传统制备方法 目前世界上多晶硅生产最常见的方法有三种;四氯化硅氢还原法、三氯氢硅氢还原法和硅烷裂解法。三氯氢硅氢还原法是德国西门子公司发明的，因此又被称为西门子法。由于西门子法诞生的时间较早，后来有人又进行了一些新的改良，因此又有人将其称为改良西门子法。其实，改良西门子法还是西门子法，它的主体工艺流程基本没有变，还是利用氢气还原三氯氢硅来生产多晶硅。因此，为简单起见，我们还称它为西门子法。 上诉这三种多晶硅的制备方法格有千秋，从制备的难度和投资额的多少来看，四氯化硅氢还原法生产设备最少，最简单，四氯化硅的合成和提纯不需要冷冻系统，普通水冷即可将四氯化硅气体冷凝为液态的四氯化硅，而且无需将工业硅加工成硅粉，只需是合格的硅块就可以了。因此，四氯化硅还原法的投资额最少，最容易上马。硅烷沸点太低，为-112℃，要想用精馏法提纯硅烷，不仅要有极深度的制冷机，而且设备也极其复杂。因此，硅烷裂解法的投资额最大，最难。从沉积硅的直接回收率上看，硅烷裂解法最高，几乎是100％，最低是四氯化硅氢还原法，不足20％，西门子法高于四氯化硅氢还原法，约为25％左右。从安全上看，硅烷最危险，最容易爆炸，三氯氢硅次之，也容易爆炸，四氯化硅最安全，根本就不会发生爆炸。 从上面的介绍可以看出，硅烷裂解法最难，投资额最大，特别是，硅烷本身是易燃易爆物，容易发生剧烈的爆炸，一旦爆炸，将造成不可挽回的经济损失。20世纪60、70年代玩过曾有人研究过硅烷裂解法，而且也曾生产出品质很高的多晶硅，但由于事故频繁，损失惨重，最终还是停产下马。目前我国已经很少再有人采用此法来生产多晶硅了。虽然如此，也要清楚硅烷裂解法是具有许多优势的，只要解决好防爆问题，它还是非常有前途的。 当前常采用的是四氯化硅氢还原法和三氯氢硅氢还原法（西门子法），而且这两种方法与多晶硅和石英玻璃的联合制备法密切相关。 四氯化硅氢还原法是以四氯化硅和氢气为原料，在还原炉内发生化学反应来生成多晶硅的方法；三氯氢硅氢还原法是以三氯氢硅和氢气为原料，在还原炉内发生化学反应来生成多晶硅的方法。这两种方法基本相同，不同之处只是，一个是以四氯化硅和氢气为原料，另一个是以三氯氢硅和氢气为原料。

铸造工艺学复习

铸造工艺学 名词：4个，每个2分；填空：20个，每个1分；简答+计算：72分。 铸造：是将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，制备铸件的工艺方法。 与其它工艺相比，铸造具有的优点： ①适用范围广 ②不受金属或合金种类限制 ③铸件尺寸精度高 ④成本低廉 第一章粘土砂及涂料 1.铸造工艺设计：根据铸造零件的特点，技术要求，生产批量和生产条件等确定铸造方案 和工艺参数，绘制工艺卡等技术文件的过程。 2.原砂中颗粒直径小于20um部分所占的质量分数统称为原砂的含泥量。 3.铸造用砂的粒形大致分为三类：即圆形、多角形、尖角形。○、□、△ 4.角形系数（E）是铸造用硅砂的实际比表面积与理论比表面积的比值。 5.ZGS 92-50/100(54A)：铸造用硅砂、硅砂中二氧化硅质量分数最低为90%、主要力度组 成为三筛，其首筛筛号为50，尾筛筛号为100，粒度的平均细度值为54，平均细度偏差为±2。 6.粘土砂铸型常见的缺陷：夹砂、粘砂、裂纹、侵入性气孔。 7. 8. 第二章无机化学粘结剂型（芯）砂 1.常用的无机化学粘结剂有水玻璃、水泥、磷酸盐聚合物等。 2.钠水玻璃CO2硬化法优缺点： 优点：①混砂、紧实、硬化、起模均很简易。②CO2便宜、安全。 缺点：①浇注后溃散性差。②旧砂难用摩擦法再生。③硬化的型、芯保存性差（尤其在寒冷潮湿条件下）。④强度稍显不足。 3. 第三章有机化学粘结剂砂

第五章铸造工艺方案的确定 1.型砂和芯砂的组成：原砂+粘结剂+附加物。 2.砂型铸造的铸型：湿型、干型、表面干型、自硬型 3.浇注位置－浇注时，铸件在铸型中所处的位置/铸件的某个表面位于铸型的上、下还是侧 面。 4.浇口位置－内浇口与铸型型腔连接处的位置/液态金属流入铸型型腔的位置。 5.浇注位置的选择原则 ①铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面。 ②尽可能使铸件的大平面朝下，以避免形成夹砂和夹杂缺陷。 ③应保证铸件能充满。 ④应有利于铸件的补缩。 ⑤应尽可能避免使用吊砂、吊芯或悬臂砂芯，便于下芯，合箱及检验。 ⑥应使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置相一致。 6.分型面：两半铸型相互接触的表面。 7.选择分型面时应注意以下原则： ①应尽量使铸件全部或大部置于同一半型内 ②应尽量减少分型面的数目 ③分型面应尽量选择平面 ④便于下芯、合箱及检查型腔尺寸 ⑤选定分型面时不要使某一砂箱过高 ⑥对受力件，分型面的选择不应削弱铸件结构强度 ⑦应注意减轻落砂、清理和机械加工的工作量 分型面的选择原则原则有的相互有矛盾。一个铸件的分型面毕竟以满足哪几项原则为最重要，这需要进行多方案的分析对比，最后选出最优方案。

多晶硅的三大生产工艺之比较

多晶硅的三大生产工艺之比较 从西门子法到改良西门子法的演进是一个从开环到闭环的过程。 1955年，德国西门子开发出以氢气(H2)还原高纯度三氯氢硅(SiHCl3)，在加热到1100℃左右的硅芯(也称“硅棒”)上沉积多晶硅的生产工艺;1957年，这种多晶硅生产工艺开始应用于工业化生产，被外界称为“西门子法”。 由于西门子法生产多晶硅存在转化率低，副产品排放污染严重(例如四氯化硅SiCl4)的主要问题，升级版的改良西门子法被有针对性地推出。改良西门子法即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺，实现了生产过程的闭路循环，既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境，又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。因此，改良西门子法又被称为“闭环西门子法”。 改良西门子法一直是多晶硅生产最主要的工艺方法，目前全世界有超过85%的多晶硅是采用改良西门子法生产的。过去很长一段时间改良西门子法主要用来生产半导体行业电子级多晶硅(纯度在99.9999999%～99.999999999%，即9N～11N的多晶硅);光伏市场兴起之后，太阳能级多晶硅(对纯度的要求低于电子级)的产量迅速上升并大大超过了电子级多晶硅，改良西门法也成为太阳能级多晶硅最主要的生产方法。 2.改良西门子法生产多晶硅的工艺流程 (改良西门子法工艺流程示意图) 改良西门子法是一种化学方法，首先利用冶金硅(纯度要求在99.5%以上)与氯化氢(HCl)合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(SiHCl3，下文简称TCS)，然后将TCS精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。 在TCS还原为多晶硅的过程中，会有大量的剧毒副产品四氯化硅(SiCl4，下文简称STC)生成。改良西门子法通过尾气回收系统将还原反应的尾气回收、分离后，把回收的STC送到氢化反应环节将其转化为TCS，并与尾气中分离出来的TCS一起送入精馏提纯系统循环利用，尾气中分离出来的氢气被送回还原炉，氯化氢被送回TCS合成装置，均实现了闭路循环利用。这是改良西门子法和传统西门子法最大的区别。

(完整版)多晶硅生产工艺学

多晶硅生产工艺学 绪论 一、硅材料的发展概况半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30 年。美国是从 1949?1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79 年来说，美国产量1620?1670 吨日本420

?440 吨。西德700?800 吨。预计到85 年美国的产量将达到2700 吨、日本1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000 吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58 年有色金属研究院开始研究，65 年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产量仅达70?80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径：为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS 集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施：在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质 量问题，搞好工艺卫生是一项最重要的操作技术，在生产实践中要树立

多晶硅硅的化学制备

多晶硅硅的化学制备 【摘要】硅是一种重要的半导体材料，目前广泛应用于微电子、太阳能、光信息等领域。作为这些领域的原材料，硅的纯度必须大于5N[1]。目前制备多晶硅的方法主要有化学法和物理法（又称“冶金法”）两大类。化学方法主要有：三氯氢硅氢还原法（改良西门子法）、硅烷法和流化床法，其他方法很少有工业化生产的实例，本文主要对三种方法进行介绍并比较分析各方法的优缺点。 【关键词】多晶硅化学方法介绍比较分析 引言 半导体材料是半导体科学发展的基础。对Si和以GaAs为代表的化合物的深入研究使集成电路、半导体激光器、高速场效应晶体管的研制获得成功，大大丰富了半导体科学的内容。近年来，半导体超晶格的发展为半导体光电子学和量子功能器件的发展开辟了广阔的道路。[2] 多晶硅的生产方法有化学法和物理法（又称“合金法”）两大类，化学法应用化学原理对硅进行提纯，物理方法通过冶金原理对硅进行提纯。物理法制备的多晶硅纯度有限，一般在4N-6N左右，根据市场应用情况来看，太阳能级多晶硅纯度需达到6N-7N，而电子级多晶硅的纯度以9N以上为宜。因此，物理法制备的多晶硅不能用于半导体材料，用于太阳能电池也尚处于探索、试产阶段，暂时还不具备进行大规模工业生产的能力。而化学法生产多晶硅的工艺相对比较成熟，产品纯度高（可达到9N-12N），不仅能够满足太阳能电池的使用，也能满足半导体材料的使用。 化学法制备多晶硅一般先将工业硅（冶金级硅，纯度97%-99.9%）通过化学反应转为硅化合物，再经过精馏提纯得到高纯硅化合物，高纯硅化合物经过化学反应生成多晶硅。其中，工业硅是从含硅矿物中提取的，高纯硅化合物一般通过化学气相沉积的方式生成棒状多晶硅或粒状多晶硅。 目前，已经工业化的多晶硅化学制备方法主要包括改良三氯氢硅氢还原法（改良西门子法）、硅烷法和流化床法，其他方法很少有工业化生产的实例，本文主要对三种方法进行介绍并比较分析各方法的优缺点。

多晶硅生产工艺及其应用

多晶硅生产工艺及其应用 摘要：随着人们对能源需求的不断增长以及面临传统能源日渐枯竭的问题，人们开始关注新能源的研究，而多晶硅作为制备太阳能电池板重要的原材料也被重视起来。本文主要介绍了多晶硅的生产工艺，主要包括改良西门子法、硅烷法、流化床法等，以及多晶硅在能源方面的应用。 关键词：多晶硅生产工艺应用 在传统能源逐渐被消耗殆尽的情况下，人们开始关注其他新型能源的研究，太阳能作为一种最具潜力、最清洁和最普遍的的新型能源被高度重视。在所有的太阳能电池中得到广泛应用的是硅太阳能电池，这主要是由于硅在自然界中的蕴含量极为丰富，并且它还有良好的机械性能和电学性能。此外，硅材料中的晶体硅，是目前所有光伏材料中研究和应用比较成熟的。在过去几十年中被泛应用，而其在商业太阳能电池应用中也有很高的转换率。因此，在以后的光伏产业中，硅材料特别是多晶硅的研究将会有一个广阔的发展空间。 一、多晶硅的性质 多晶硅作为单质硅的一种特殊存在形态，主要是熔融的单质硅在温度较低状态下凝固时，硅原子会以金刚石晶格形式排列成很多晶核，如果这些晶核生长成不同晶面取向的晶粒时，那么这些晶粒就会结合起来，便结晶形成多晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料，单晶硅与多晶硅的不同主要表现在物理性质方面，例如，在光学性质、热学性质和力学性质等向异性方面；在电学性质方面，单晶硅的导电性也比多晶硅明显。但在化学性质方面，两者则没有明显区别[1]。 二、多晶硅生产工艺 目前，已经工业上制备多晶硅的化学方法主要有改良西门子法、硅烷法和流化床法。 1、改良西门子法 3、流化床法 另外制备多晶硅的工艺还有：冶金法、气液沉积法、高纯金属还原法等。 三、多晶硅的应用 高纯度多晶硅作为重要的电子信息材料，被称为“微电子大厦的基石”。多品硅有比较广泛的用途，除信息产业外，多晶硅还被用来制备太阳能电池板以及生产可控硅元件。基于硅材料质量好、原料丰富、价格较低、工艺较成熟，因此在未来几十年里，没有其他材料可以代替多晶硅成为光伏产业和电子信息产业的原

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响aaa

铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响 摘要： 关键词：多晶硅铸造多晶硅金属杂质 正文： 金属杂质特别是过渡金属杂质，在原生铸锭中的浓度般都低于1×10”cm 3，但是它们无论是以单个原子形式，或者以沉淀形式出现，都对太阳能电池的转换效率有重要的影响。近期由于硅料中所含金属杂质超标，导致多个晶锭出现电阻率严重异常而整锭报废，另外还出现较多晶棒切片后的硅片电阻率出现较大波动，对公司的经济效益带来严重的影响。下面对铸造多晶硅中金属杂质的性质及其对硅片性能的影响进行详细的分析，为多晶硅片的生产及异常硅片的处理提供一定的参考。 1.铸造多晶硅中金属杂质的来源 铸造多晶硅中的金属杂质主要有Fe，Al，Ga，Cu，Co，Ni等，铸造多晶硅中金属杂质的来源主要有以下几个方面： A．原生硅料中含有一定量的金属杂质，这也是金属杂质的一个主要来源。目前由于硅料异常紧缺，导致一些含杂质较多的硅料在市场上 流通，造成铸出的晶锭出现问题的事故时有发生。 B．在硅料的清洗，铸锭及切片的整个过程中由于使用各种金属器件接触，导致金属杂质的引入。这也是铸造多晶硅中金属杂质含量偏高 的一个主要原因。整个工艺流程中引入金属杂质的途径有很多，例 如硅料清洗过程中清洗液的残留，晶锭转运过程中使用的不锈钢转 运车，多晶硅棒破碎过程中所使用的铁锤等。 2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解 硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中，或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着，随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。 A．金属杂质在硅锭中的分布 在高温（>800℃）下，过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质，在高温下，Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于

改良西门子法生产多晶硅工艺流程

改良西门子法生产多晶硅工艺流程 1. 氢气制备与净化工序 在电解槽内经电解脱盐水制得氢气。电解制得的氢气经过冷却、分离液体后，进入除氧器，在催化剂的作用下，氢气中的微量氧气与氢气反应生成水而被除去。除氧后的氢气通过一组吸附干燥器而被干燥。净化干燥后的氢气送入氢气贮罐，然后送往氯化氢合成、三氯氢硅氢还原、四氯化硅氢化工序。 电解制得的氧气经冷却、分离液体后，送入氧气贮罐。出氧气贮罐的氧气送去装瓶。气液分离器排放废吸附剂，氢气脱氧器有废脱氧催化剂排放，干燥器有废吸附剂排放，均由供货商回收再利用。 2. 氯化氢合成工序 从氢气制备与净化工序来的氢气和从合成气干法分离工序返回的循环氢气分别进入本工序氢气缓冲罐并在罐内混合。出氢气缓冲罐的氢气引入氯化氢合成炉底部的燃烧枪。从液氯汽化工序来的氯气经氯气缓冲罐，也引入氯化氢合成炉的底部的燃烧枪。氢气与氯气的混合气体在燃烧枪出口被点燃，经燃烧反应生成氯化氢气体。出合成炉的氯化氢气体流经空气冷却器、水冷却器、深冷却器、雾沫分离器后，被送往三氯氢硅合成工序。 为保证安全，本装置设置有一套主要由两台氯化氢降膜吸收器和两套盐酸循环槽、盐酸循环泵组成的氯化氢气体吸收系统，可用水吸收因装置负荷调整或紧急泄放而排出的氯化氢气体。该系统保持连

续运转，可随时接收并吸收装置排出的氯化氢气体。 为保证安全，本工序设置一套主要由废气处理塔、碱液循环槽、碱液循环泵和碱液循环冷却器组成的含氯废气处理系统。必要时，氯气缓冲罐及管道内的氯气可以送入废气处理塔内，用氢氧化钠水溶液洗涤除去。该废气处理系统保持连续运转，以保证可以随时接收并处理含氯气体。 3. 三氯氢硅合成工序 原料硅粉经吊运，通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。 从氯化氢合成工序来的氯化氢气，与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送，从底部进入三氯氢硅合成炉。 在三氯氢硅合成炉内，硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物，此混合气体被称作三氯氢硅合成气。反应大量放热。合成炉外壁设置有水夹套，通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。 出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气，经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后，送入湿法除尘系统，被四氯化硅液体洗

多晶硅生产工艺流程定稿版

多晶硅生产工艺流程 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集 多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si（还原）多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显着、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑

第六章 零件的毛坯类型及其制造方法

第六章零件的毛坯类型及其制造方法 6.1零件毛坯类型 铸件： 形状复杂的毛坯，宜采用铸造方法制造。目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数是尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造。 锻件： ①自由锻件： 自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。 ②模锻件： 模锻件就是有模具的锻造件，利用模具锻出精度要求比较高，比较复杂的锻件。 1、型材： 按截面形状有圆钢，方钢，六角钢等。①热轧型材： ②xx型材： 选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素： （一）零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。 （二）零件材料的工艺性

例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。 （三）零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。 （四）现有的生产条件 选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。 零件的毛坯制造方法： 该零件时属于箱壳类零件，结构比较简单规则但某些加工面和孔的尺寸精度、平面度，垂直度、位置精度、表面粗糙度要求比较高，铸件适用于制造复杂形状的毛坯，锻件 适用于形状简单，强度要求高的毛坯。但因此零件并不是很复杂，因此该零件选择毛坯为锻件，锻件制造的方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小，生产率高、适用于中批以上生产的中小型零件毛坯。常用的锻造材料为中、低碳钢及低合金钢。综上所诉；该零件应选择自由锻的方法制造毛坯。 合理选择毛坯，根据零件工艺特性，生产纲领大小及其经济性，确定为自由锻件经过热处理后进行调质处理以消除锻件在铸造过程中产生的内应力，提高材料性能。

多晶硅生产工艺学

多晶硅生产工艺学

绪论 一、硅材料的发展概况 半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的，五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料，到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开始得到了应用。 半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约30年。美国是从1949～1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻，日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量也相当可观的。 从多晶硅产量来看，就79年来说，美国产量1620～1670吨。日本420～440吨。西德700～800吨。预计到85年美国的产量将达到2700吨、日本1040吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000吨。 我国多晶硅生产比较分散，真正生产由58年有色金属研究院开始研究，65年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产

量仅达70～80吨，预计到85年达到300吨左右。 二、硅的应用 半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途： 1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食盐，有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上，用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。 2、硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装置等。 3、晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台，自动控制系统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管，在各种无线电设备作为放大器和振荡器。 4、太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能转变为电能。 三、提高多晶硅质量的措施和途径： 为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体管的合格率与电学性能，随着大规模集成电路和MOS集成电路的发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。 1、提高多晶硅产品质量的措施： 在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质量问题，搞好

多晶硅制备及工艺

多晶硅制备及工艺 蒋超 材料与化工学院 材料1103班 【摘要】工业硅是制造多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而 成。化学提纯制备高纯硅的方法有很多，其中SiHCl3 氢还原法具有产量大、质量高、成本低等优点，是目前国内外制取高纯硅的主要方法。硅烷法可有效地除去杂质硼和其他金属杂质，无腐蚀性、不需要还原剂、分解温度低和收率高，所以是个有前途的方法。下面介绍SiHCl3 氢还原法（改良西门子法）和硅烷法。 【关键词】改良西门子法硅烷法高纯硅 改良西门子法 1955年，西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷（SiHCl3）在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。 在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。 改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl（或外购HCl），HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3，分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。具体生产工艺流程见图1。 改良西门子法包括五个主要环节：SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗。 图1：改良西门子法生产工艺流程图

改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8～10μm/min，一次通过的转换效率为5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃，仅次于SiCl4（1200℃），所以电耗也较高，为120 kWh/kg（还原电耗）。改良西门子法生产多晶硅属于高能耗的产业，其中电力成本约占总成本的70%左右。SiHCl3还原时一般不生产硅粉，有利于连续操作。该法制备的多晶硅还具有价格比较低、可同时满足直拉和区熔要求的优点。因此是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产SOG硅与EG硅，所生产的多晶硅占当今世界总产量的70～80%。 硅烷法 1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（SiH4）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。1959年，日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来，美国联合碳化合物公司采用歧化法制备SiH4，并综合上述工艺且加以改进，便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。 硅烷法以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料，通过SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取SiH4，然后将SiH4气提纯后通过SiH4热分解生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法与改良西门子法接近，只是中间产品不同：改良西门子法的中间产品是SiHCl3；而硅烷法的中间产品是SiH4. 图2：硅烷法生产工艺流程图 硅烷法存在成本高、硅烷易爆炸、安全性低的缺点；另外整个过程的总转换效率为0.3，转换效率低；整个过程要反复加热和冷却，耗能高；SiH4分解时容易在气相成核，所以在反应室内生成硅的粉尘，损失达10%～20%，使硅烷法沉积速率（3～8μm/min）仅为西门子法

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述 摘要：阐述了介绍了定向凝固应用于硅材料的理论基础，论述了近年来定向凝固制备技术在杂质提纯和晶体生长的研究进展，提出了定向凝固制备铸造多晶硅研究现状和存在的问题。展望今后的发展前景，认为新型的定向凝固技术制备出的硅锭在杂质含量、晶体结构方面均优于传统凝固技术，应积极改善定向凝固技术，以制备高品质的太阳能硅材料。 关键词定向凝固；铸造多晶硅；杂质和缺陷；转化效率 晶体硅太阳能电池包括单晶电池和多晶电池2种，多晶电池的市场份额占到一半以上，商业化的多晶电池效率可以达到14%左右[1]。实验条件下，多晶电池的最高转化效率达到20.30左右，多晶电池的效率虽然略低于单晶电池1%～2%，但多晶电池制造成本低、环境污染小，仍有很高的性价比和市场[2]。近年来，由于技术改良、电池效率提高及生产成本下降等有利因素，因而大大促进了多晶电池应用技术的发展，也使业内专家学者给予了多晶电池制备技术更多研究和关注[3]。影响多晶电池转换效率主要有2个方面：一是多晶硅铸锭的纯度，即使材料中含有少量的杂质，对电池的光电性能就有很大的影响[4]；二是尽量减少材料中各种缺陷，多晶硅铸锭中的晶界、位错与杂质聚集成载流子复合中心，大大的降低了多晶电池效率。由以上表述可知，要提高多晶电池的效率，必须围绕提高材料纯度和降低材料缺陷的技术进行研究，而定向凝固技术正是制备硅晶体材料的典型应用。定向凝固技术开始只用于传统的高温合金研制，经过几十年的发展，它已经是一种成熟的材料制备技术[5]。定向凝固技术在多晶硅铸造主要是控制晶体生长和杂质提纯2方面的应用。定向凝固技术可以很好地控制组织的晶面取向，消除横向晶界，获得大晶粒或单晶组织，提高材料的力学性能[6]。同时，定向凝固可生成按照一定晶面取向、排列整齐的晶体结构,由于分凝系数的不同，杂质凝聚于晶界和铸锭上方，对材料起到提纯作用。 1. 基本原理 多晶硅铸锭实际上就是由定向排列的柱状晶体组合形成，形成的理论基础就

第六章锻压与冲压加工技术分解

第六章锻压与冲压加工技术 第一节锻压加工工艺基础 锻压是使金属材料在外力的作用下产生塑性变形，从而获得具有一定形状和尺寸的毛坯或零件 的一种加工法。 锻压包括锻造和冲压。 根据成形方法的不同，锻造又分为自由锻造和模型锻造两类。自由锻造按工作时所受作用力来 源的不同，又可分为手工自由锻造和机器自由锻造两类。 冲压是使板料分离或成形而得到制件的加工方法。冲压由于是一种高效率的生产方法，所以它 在汽车、拖拉机、航空、仪表及国防等工业部门中占有极其重要的地位。 锻造和冲压应用非常广泛，是目前机制制造中毛坯生产的主要方法之一。图6-1所示为锻压方 法示意图。 图6-1锻压方法示意图 （a）自由锻造（b）模型锻造（c）板料冲压 锻造的材料应具有良好的塑性，以便在锻造加工时能产生较大的塑性变形而不破坏。钢和有色金属具有一定的塑性，都可以进行压力加工，而铸铁的塑性极差，不能锻压加工。 锻造生产与其他加工方法相比，具有以下特点。 ①可以改善金属的内部组件，提高金属的机械性能。通过锻造能使锻件金属中的气孔及疏松压实，细化晶粒，并形成纤维组织。当纤维组织沿着零件轮廓合理分布时，能提高零件的塑性和韧性。 ②具有较高的劳动生产率。以制造六角螺母为例，用模锻成形后再加工螺纹，生产效率可比全 部用切削加工提高约50倍。如果采用多工位冷鐓，则生产效率可提高400倍以上。 ③节约金属材料。一些精密模锻件的尺寸精度和表面粗糙度能接近成品零件的要求，需要少量甚至不需要切削加工即可得到成品零件，从而减少了金属的损耗。 ④适用范围广。锻造质量小的可不到1kg，大的重达数百吨。锻造既可进行单件小批量生产, 又可以进行大批量生产。 ⑤锻造工艺的不足之处是不能锻造外形和内腔复杂的工件。 一、锻件图和锻造比 1?锻件图 自由锻件的锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等之后绘制而成的图样。模锻件的锻件图还应考虑分模面的选择、模锻斜度和圆角半径等。 在锻件图中，锻件的外形用粗实线表示，零件（精、粗加工）的外形用双点画线表示。锻件的基本尺寸与公差注在尺寸线上面，零件的尺寸则注在尺寸线下面的括号内，如图6-2所示。 1470+40 4 的! 1010±30 (450) (930}

多晶硅生产工艺

多晶硅生产工艺 一、概述 世界正从工业社会向信息社会过渡，信息技术已成为促进社会发展和进步的关键技术，信息化程度的高低已成为衡量一个国家现代化水平的标志。 微电子技术是信息技术的基础和关键技术，集成电路又是微电子技术的核心，一代又一代更为优秀的集成电路的出现，推进着全球经济一体化的进程，而半导体硅材料则是集成电路最重要的、不可替代的基础功能材料，多晶硅则是集成电路大厦的“基石” 或“粮食”。 二、多晶硅生产现状 1、我国多晶硅生产现状 我国多晶硅工业起步于50年代，60年代中期实现工业化生产，70年代初曾一度盲目发展，生产厂发展到20余家。生产工艺多采用传统西门子法，由于技术水平低、生产规模小、产品质量差、消耗指标高环境污染严重、生产成本逐年增加等原因，多数生产厂难以维持生产而停产或倒闭，生产能力急剧萎缩，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急骤增加极不协调。生产消耗和生产能力变化分别见表1和表2。 由上表可知，目前国内多晶硅生产规模太小，产能不断萎缩，厂家分散，工艺技术落后，装置陈旧，消耗高，环境污染严重，生产十分艰难，1999年只生产了46t，仅占世界产量的0．4％，远不能满足国内市场的需要。如不积极组建现代化的、符合经济规模的大多晶硅厂，将制约我国生产符合集成电路和分离器件要求的高档次的单晶硅和硅片。多晶硅对我国半导体工业的发展至关重要。 2、国外多晶硅生产现状 多晶硅生产主要集中在美、日、德三国，世界市场由7家公司占有，1 998年多晶硅产量为16200t，其中德山曹达、黑姆洛克、瓦克三家公司占产量的63％。见表2—3。 目前生产的多晶硅能满足集成电路及功率器件发展的技术要求，用户不经腐蚀、清洗，直接装炉。多晶硅质量指标好，产品稳定，多晶硅N型电阻率都在1000Q·cm以上。改良西门子法技术的完善与发展，使原辅材料及能耗大为降低；多晶硅生产的主要工序都应用计算机控制、设备装备水平较高。 三、我国多晶硅市场需求 1、多晶硅严重短缺 在改革开放形势下，国内市场是世界市场的一部分，两者有相同之处，但也有差别。国内集成电路的市场正是如此，差别在于国内集成电路市场需求增长比国外更为迅速，1991

多晶硅制备技术的研究现状

多晶硅制备技术的研究现状 作者：段昊 院系：化学化工学院 学号：1502070117 日期：2009/10/24

多晶硅制备技术的研究现状 段昊，中南大学，化学化工学院，1502070117 摘要：多晶硅是当今社会在能源和信息产业的重要无机材料，他具备单 晶硅和非晶硅的诸多优点，广泛用于制造太阳能电池及半导体。高纯多 晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，在短期内，还不可 能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。 目前多晶硅生产制备的多种生产工艺路线并存，本文主要讨论了制 备多晶硅的不同方法及差异。 关键字：多晶硅，制备，晶化，气象沉积。 引言： 自从半导体工业发展以来，硅作为性能优良的半导体材料受到人们的重视。硅有单晶硅，多晶硅和非晶硅等形态，多晶硅兼具单晶硅和非晶硅的大部分优点于一身，以及相对较成熟的单晶硅制造工艺被沿用到多晶硅的制备中，人们对多晶硅制备的研究兴趣愈发浓厚。多晶硅主要应用于半导体工业及制造太阳能电池上，占多晶硅总需求的90%以上。目前有两个应用方向有发展潜力：一是大晶粒多晶硅,具有远大于非晶硅,并与单晶硅可相比拟的高载流子迁移率,常代替非晶硅应用于薄膜晶体管(TFT)的有源层,因此不仅可以取代非晶硅用于液晶显示器件(LCD),而且用它制作的互补MOS(CMOS)电路可以实现LCD一体化,即把外围驱动电路和显示屏做在同一衬底上;另一方面,多晶硅薄膜在光照下,无非晶硅薄膜材料在受到长时间的光照之后,光电导和暗电导的性能均有所降低的光致亚稳效应(S-W效应),而且带隙较窄,对可见光能有效吸收,被公认为是高效率和低功耗的光伏材料,因为在太阳电池制作上的应用十分成功。本文总结了多晶硅制备的一些方法。 制备方法： 目前多晶硅制备方法有铸造法[1]和低温合成法[2]两大方法。其中铸造法有浇铸法，定向凝固法，电磁感应加热连续铸造法等；低温合成则分为化学气象沉积(CVD)和非晶硅薄膜晶化两类。非晶硅薄膜晶化又有金属诱导横向晶化，准分子激光诱导等方法；化学气象沉积则有触媒化学气象沉积(CAT-CVD)，电感耦合等离子体化学气象沉积(ICP-CVD)，等离子体增强气象沉积(PECVD)，热丝化学气象沉积(HWCVD)等。 铸造法:有浇铸法，定向凝固法，电磁感应加热连续铸造法等。制备的多

多晶硅生产企业安全技术指导书

关于印发《多晶硅生产企业安全技术指导书》的通 知 豫安监管…2011?35号 各省辖市安全生产监督管理局、各相关企业： 现将《多晶硅生产企业安全技术指导书》印发给你们， 请遵照执行。 附件：多晶硅生产企业安全技术指导书 河南省安全生产监督管理局 二〇一一年四月二十五日 附件: 多晶硅生产企业安全技术指导书 1、范围 本指导书规定了多晶硅生产过程产生的各类危害因素应采取的基本安全技术要求和措施，包括总图平面布局与通道、防火防爆、防雷防静电、电气安全、生产装臵安全、防尘防毒、防噪声、防护用品、多晶硅作业安全和安全管理等方面内容。适用于河南省境内用氯硅烷法生产多晶硅的生产企业。 2、基本安全要求 2.1基本规定 2.1.1新建、扩建、改建多晶硅生产企业（装臵）应符合本指导书的规定。暂不符合本指导书规定的现有多晶硅生产企业，应采取综合预防、治理措施，达到本指导书要求。

2.1.2新建、扩建、改建多晶硅生产企业的安全、卫生状况，安全、卫生技术措施与管理措施应符合GB 12801-2008《生产过程安全卫生要求总则》的规定；其安全设施设计专篇应符合《危险化学品建设项目安全设施设计专篇编制导则》（试行）；爆炸危险场所应当符合《爆炸危险场所安全规定》劳部发[1995]56号。多晶硅生产企业的新建、改建、扩建工程，必须进行安全、环保和职业卫生评价，其安全、卫生、消防、环保设施，应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。用于生产、储存危险化学品的多晶硅生产企业应进行安全条件论证和委托有资质的机构进行安全评价；其建设项目应委托具有化工设计乙级以上资质的设计单位设计；应委托具有化工建设（安装）资格的单位负责施工。 2.2总图功能分区与通道 2.2.1多晶硅生产企业总图布臵应符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）和《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《化工企业总图运输设计规范》（GB50489-2009）的有关规定。 2.2.2建筑物的耐火等级和防火间距符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）和《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）的有关规定。 2.2.3厂区消防系统设计应符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的有关规定。

高纯多晶硅的制备技术

高纯多晶硅的制备技术李志祥 7301011047 新能源111班（非卓越） 近年来，太阳能硅电池、半导体工业和电子信息产业发展迅猛，而多晶硅是这些产业的最基本和主要的功能材料，因此，多晶硅的生产受到了各国企业的重视。长期以来，世界各国对多晶硅的制备方法进行了诸多研究，典型工艺如西门子法，改良西门子法，硅烷法，四氯化硅法，二氯二氢硅法，流化床法，以及液相沉积法等，以降低生产成本提高产品质量。但在上述诸方法中，应用于商业规模的在线技术，目前却主要是改良西门子法和硅烷法，前者占多晶硅生产的75%～80%，后者占20%～25% 制备方法如下： 1西门子法 该方法由西门子公司于 1955年开发 ,它是一种利用 H2还原 SiHCl 3在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术 ,西门子法于1957年开始运用于工业生产。西门子法具有高能耗 , 低效率 ,有污染等特点。 2改良西门子法 改良西门子法在西门子工艺的基础上增加了还原尾气干法回收系统、 SiCl 4氢化工艺 ,实现了闭路循环 ,又称为闭环式SiHCl 3氢还原法。改良西门子法包括 SiHCl 3的合成、 SiHCl 3的精馏提纯、 SiHCl 3的氢还原、尾气的回收和 SiCl 4的氢化分离五个主要环节。利用冶金级工业硅和 HCl为原料在高温下反应合成 SiHCl 3 ,然后对中间化合物 SiHCl 3进行分离提纯 ,使其中的杂质含量降到 10^-7～10^-10数量级 ,最后在氢还原炉内将 SiHCl 3进行还原反应得到高纯多晶硅。目前全世界 70%～80%的晶硅是采用改良西门子工艺生产的 ,改良西

门子法是目前最成熟 ,投资风险最小的多晶硅生产工艺。 主要化学反应主要包括以下2个步骤： 1、三氯氢硅（ SiHCl3 ）的合成； Si+ 3HCl→ SiHCl3+H2 2、高纯硅料的生产： SiHCl3 + H2 → Si+ 3HCl 得到高产率和高纯度三氯氢硅（ SiHCl3 ）的3个严格的化学反应条件： 1、反应温度在300℃-400℃之间； 2、氯化氢气体（HCI）必须是干燥无水的； 3、工业硅( Si )须经过破碎和研磨，达到适合的粒径。 3硅烷热分解法 1956年英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷 ( SiH4 )热分解制备多晶硅的方法 ,即通常所说的硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来 ,美国联合碳化物公司 (Uni on Carbide) 采用歧化法制备 SiH4 ,并综合上述工艺加以改进 ,诞生了生产多晶硅的新硅烷法。硅烷法与改良西门子法的区别在于中间产物的不同 ,硅烷法的中间产物是 SiH4。是以氟硅酸、钠、铝、氢

铸造工艺cad大纲

《铸造工艺CAD》教学大纲 课程编号：15239000 学分：3 授课学时：40 上机学时：18 适用专业：材料成型与控制（铸造） 一、课程性质和教学目的 《铸造工艺CAD》是材料成型与控制工程（铸造）专业的必修专业课之一同时也是本专业的主干课程。它在培养学生工程意识、创新思维以及利用信息技术解决工程技术问题的能力方面具有重要的作用。 《铸造工艺CAD》主要讲述铸造工艺设计和优化的基本方法、原理和软件开发技术。对学生在计算机辅助铸造工艺三维实体建模、模拟计算及二次软件开发方面进行基本训练。 通过本课程的学习，使学生熟悉铸造工艺CAD各部分的基本计算模型和设计步骤，学会用计算机语言进行工艺CAD模块以及铸造工艺优化模拟计算软件的开发为今后的科研和生产设计奠定良好的基础。 二、教学内容和基本要求 绪论 了解工业产品与过程设计的基本组成部分，铸造工艺CAD 的基本定义和主要内容即包括工艺设计和工艺优化，以及在产品设计中的重要性。课程学习过程中用到的基本知识如三维建模，计算机语言，传热学，数值计算等。 第一部分铸造工艺CAD-工艺设计 了解铸造工艺设计的国内外的新技术及发展方向。 第二章基于三维的冒口CAD 了解冒口的分类及设计的基本原则，学会冒口的设计计算方法以及基于三维的铸件模数计算算法，了解冒口CAD的基本过程。 第三章基于三维的浇注系统CAD 了解浇注系统的设计要求和设计原则，学会浇注系统设计各部分尺寸的定量计算方法，熟悉浇注系统设计的基本过程。 第四章冷铁CAD 了解冷铁的分类，熟悉外冷铁、融合内冷铁以及不融合内冷铁的设计计算步骤及主要参数，，熟悉冷铁设计的基本过程。 第五章其他工艺参数CAD