Dss多晶炉Word文档格式.docx

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利用一个不锈钢焊接的波纹管密封3个隔热层支撑杆以免漏气。

由两个电容压力传感器测量压力（读数为：

大气压力-低于1x10-3mbar），利用一个质量流量控制器和相连的阀门控制长晶循环相应阶段里传送的氦气和氩气。

后支架上的两个水冷多岐管能将水分配给腔室，馈通器和真空泵。

在长晶阶段，大量的水直接流向下腔室，以便吸收辐射的热量。

2.2加热区

加热区有4个石墨板，板的下角与6个馈通器相连。

这样坩埚四周围有一个“正方形”的加热器，可以使用加热元件周围隔热层较平坦的元件隔热。

在不锈钢笼里有两层隔热介质，由3个隔热层提升杆支撑不锈钢笼。

隔热层由石墨制成的，故能降低成本且便于更换。

隔热元件相互交叠以免不期望的热量损失。

3个石墨杆从下腔室支撑巨大的DS-Block石墨块。

DS-Block为长晶循环提供了调制控制器和热能辐射表面。

DS-Block下面有一个双倍厚的扁平隔热板，能隔绝熔化阶段的热区。

3个提升杆能上下提升隔热笼，露出DS-Block底部，从而冷却下腔室的四壁。

这样热区内就形成了一个竖直的温度梯度使硅锭从熔体底部向顶部开始长晶。

2.3真空泵系统

真空泵系统包括一个罗茨泵和机械前级泵。

能使腔室压力迅速下降到0。

05mbar以下。

大部分情况下，打开机械泵使腔室保持部分真空状态（400-600mbar）。

在某个阶段需要氩气，用一个质量流量控制器控制氩气进气量，用一个与真空系统相连的比例控制阀调节氩气排气量。

用空气阀断开氩气系统的氩气，真空泵和腔室。

在冷却阶段，用一个单独的阀门隔离和控制氦气流量。

2.4电源

利用水冷电缆给加热元件提供165KVA电源。

主降压变压器（位于架空层顶部，靠近水冷的馈通器）将电源分成两部分。

变压器输出端提供最大电压25VAC和最大电流38。

制器。

例如：

设定功率比为30%，在30%的时间内完全接通SCR控制器，在剩下70%的时间内断开SCR控制器。

一般情况下，整个控制循环的设定时间为4秒，所以SCR控制器在1。

2秒内接通，在2。

8秒内断开，然后重复这个循环。

这种控制能显著地提高功率的转换系数和整个系统的有效功率。

2.5控制台

控制柜内有输入/输出（I/O）模块和光学控制器（LCM4），供应电源，隔热层驱动电机和UPS，过载保护用的电路制动器和保险。

电缆从这个柜里接到电源控制柜里，各种设备里和炉子的传感器上。

2.6操作工控制盘

利用一个腔室支架支撑操作工控制盘。

控制盘包括触摸屏和计算机。

架空层下装有3个报警灯和声音报警器，可以提示操作工是否有潜在的问题。

这个控制盘装有一个急停开关，用于断开炉子输出装置的所有电源（这样炉子就会处于安全的状态），关闭所有的阀门和断开泵和电源。

3、DSS炉的基本操作及其安全处理措施

3.1DSS炉的基本操作

一般情况下，DSS炉能在全自动模式下运行，几乎不需要操作工的干预。

操作工只负责装硅料，出锭，确认长晶阶段的设置是否正确，输入的操作参数是否正确，定期检查操作工控制盘上显示的输出值和信号是否正确以便推测炉子的运行状况。

操作工也必须定期记录这些操作参数，为接班的操作工提供参考及预测工艺流程。

该控制系统也需要操作工确认某个工艺阶段已经正常结束，例如：

正确处理好三大正常报警。

同时有时也要注意非正常报警的处理。

3.1.1来料组装护板、螺杆、螺帽

坩埚区送来的待装料，铸锭区要组装护板、螺杆、螺帽后才可以装入DSS炉运行；

首先戴好手套，将螺杆旋进短护板的螺孔内，双手抱起短护板轻轻地靠近坩埚，慢放在底板上；

另一位同事将长护板抱起轻轻靠近坩埚，与短护板相组合；

依次组装另外一块短护板和长护板，并套上螺帽，螺帽旋紧后再回旋一圈半。

3.1.2DSS炉开启

首先打卡四个固定夹；

固定夹

点击手动按钮；

点击“炉体升降”按钮，弹出松开警告夹子的窗口，点击“是”；

在“下腔室方向控制箭头”窗口中将黑色箭头改成指向下方；

按住触摸电脑左上角的黑色按钮，直到下限右边方框变成红色，或电脑上方的旋转轴停止转动。

3.1.3DSS炉装料

DSS炉装料需要3人配合，1人开装有料的电动叉车，2人负责测量报数；

上料时，要注意叉车机械手的高度，上不能撞到上炉体，下不要撞到下炉体和DS-BLOCK块；

底板在DS-BLOCK上前后左右大约多出4.2cm为最佳。

3.1.4DSS炉合炉

点击“炉体升降”按钮；

在“下腔室方向控制箭头”窗口中将黑色箭头改成指向上方；

按住触摸电脑左上角的黑色按钮,直到下限右边方框变成红色,或电脑上方的旋转轴停止转动。

锁好四个固定夹。

3.1.5DSS炉抽真空、检漏、运行程序

装料完毕后,我们接下为抽真空;

首先点击“手动”,打开机械泵;

再点击“慢抽气泵开关”为“开”进行抽气;

当压力抽至0.008mbar时，在“模式”中点击“自动”进行检漏;

检漏通过后,自动运行铸锭程序。

3.1.6三大正常报警处理

1）熔化结束报警

首先操作工应该先消除报警声音。

其次可以通过两种方法进行判断是否完全熔融。

第一是直接观察，即通过顶部的视孔检查剩下的固体硅片是否完全熔化（即熔化已经结束）。

可看到液面微微晃动，没有固体存在，则完全熔化。

第二是曲线观察法，即通过观察熔池表面温度（比色温度计）曲线（蓝色曲线）和功率设定值曲线（绿色曲线）趋势判断。

若熔池表面温度（比色温度计）曲线开始波动且渐平缓，功率设定值曲线下降至35-40之间时；

可以确定完全熔化完成。

熔化结束报警曲线图

操作工应该选择“是”或者“删除”后才能确认熔化结束。

如果选择“是”，程序将前进到下一个阶段。

如果炉子正处于暂停模式下或者已经按下了禁止熔化结束钮，将会暂停熔化结束程序，也不会有熔化结束报警。

可以利用数据屏幕上的曲线图确认功率降和DS-Block热电偶增加的温度。

2）中心长晶报警

报警时熔池表面温度（比色温度计）曲线（蓝色曲线）呈梯形上升，随后变平缓。

比色温度计梯度曲线（黄色），呈梯形上升至6时报警开始。

中心长晶报警曲线图

处理方法：

首先应该先消除报警声音。

再通过顶部的视孔观察中心长晶占整个圆孔的百分比，从而确定中心长晶延迟时间。

一般延迟再1-60min之间。

3）边角长晶报警

边角长晶报警处理起来较为简单，首先消除报警声音。

其次按取消按钮，让程序走完该工序所剩余的时间。

安全处理措施

热电偶故障

如果主热电偶（TC1）出现故障，炉子将转换到功率控制模式（记录出现故障时的额定功率），炉子也进入暂停模式。

炉子运行按以往的功率曲线进行。

但该炉炉料完成后必须查明故障出现的原因。

如果有必要，可以更换热电偶。

如果中间的DS-Block热电偶TC2出现故障，无需更换就可以继续运行。

仅仅影响熔化结束的探测过程，当石墨块达到转换到冷却结束时的温度时，程序不会转换到冷却的最后一个阶段—使用整个阶段的时间。

炉子过热

如果中间的DS-Block热电偶TC2或者DS-Block中间的热电偶TC3温度高于主参数里规定的最高温度，将会出现下面的屏幕。

警告！

TC2或者TC3DS-Block热电偶提示：

炉子过热。

请检查下列原因。

炉子不会自动断开电源。

如果再次发出这个报警就终止此运行程序。

关闭窗口

此时必须查明炉子过热的原因。

如果炉子温度确实过高，石英坩埚会变形缩小，硅液可能溢流。

此时最好的方法是选择暂停和功率控制模式后降低设定功率直到降低炉子温度，然后返回到温度控制模式和“继续运行”。

硅液溢流报警

在意外情况下，硅液流出坩埚，从下面隔热层的开口处流到下面腔室地板上的保护铝垫上，硅液会熔化铝垫上的不锈钢传感器线，出现下面的屏幕。

警告-硅料可能溢流！

在59秒内炉子将会终止。

如果硅料溢流，检查可能的原因。

点击“禁止报警”以防运行过程中再次报警。

测量值状态值

36.2禁止报警

测量极值上限下限消除报警声音关闭窗口

1.0

从顶部的视孔检查熔体顶部是否有漏液的迹象，检查测量压力和温度是否异常及功率波动—根据这些征兆能够确认硅液是否流出。

如果硅液没有流出，传感器线可能烧断，激活“禁止报警”就不会发出硅液溢流报警。

当前的运行程序结束后必须更换传感器线，否则熔化开始时会再次发出硅料溢流报警。

断水情况

主要关注：

压力、水流、温度变化、断水前的功率温度值、是否有备用水进入和堵塞水路；

断水时间过长可手动进入紧急冷却，如果断水时间较短，温度变化没有超过参数值，可等待水恢复连接电源，同时加上功率使温度升到当前值再恢复运行。

机械泵故障

一旦机械泵故障DSS炉内压力就无法控制。

碰到这种情况我们应立即关闭所有的进气和出气阀。

此情况暂时不会有DSS炉造成太大的影响。

造成机械泵停止一般有以下几种可能：

1）机械泵电机故障。

2）控制机械泵的继电器没有吸合导致电机没有通电。

该情况可能为本身继电器故障或继电器没有接受到24VDC的电无法吸合。

3）模块故障。

模块不响应工控机的操作。

但机械泵故障我们可以用以下方法解决：

用一管子与旁边的机械泵对接，打开开关即可控制压力。

4、铸锭的生产流程及其基本检测

铸锭的生产流程主要有：

加热（Heat）、溶化（Melt）、长晶（Growth）、退火（Anneal）、冷却（Cool）。

加热（Heat）作用

加热的概念就是在尽可能短的时间内将石墨块和硅料加热到尽可能高的温度。

因为当温度低于1000℃时，温度控制就不能稳定地控制温度，所以不能用来控制炉子的温度，必须在在功率控制模式下进行加热。

在真空中完成长晶期间的所有阶段，这样可以烘焙石墨块和隔热层吸收的水分且从硅料表面蒸发出去。

利用功率控制模式加热石墨块内部件（包括加热器，坩埚板，DS-Block和隔热层的内表面）—将热量传送给熔体，使熔化温度达到1175℃（TC1热电偶测量此转换温度）。

功率控制模式下的硅料仍然是黑色的，它的温度一定低于500℃且隔热层外表面也很冷，所以不会很容易地排出吸收的水分。

当TC1热电偶达到转换到主参数表里“温度控制”时温度后便开始执行温度控制，程序将结束加热，开始熔化过程。

溶化（Melt）

此过程仍然在真空中完成熔化循环的第一个阶段以烘干水分。

保持恒定温度（1175℃）长达1.5个小时使硅料温度与石墨块温度相同且排出水分，油和油脂。

然后，在几个较短的阶段里将压力增加到规定值，继续熔化和生长。

在此期间，温度按一定斜率发生微变，这样可以尽可能缩短整个循环时间。

温度按一定斜率上升到最后的熔化温度1540℃且在规定的时间内一直保持这个温度，使硅料完全熔化。

在随后的两个阶段后开始熔化，首先在温度按一定斜率上升阶段结束时做一些更改，再设定功率值。

上述操作历时2个小时，在熔化阶段结束时，缓慢地线形降低功率值。

DS-Bolck温度也很稳定，已经达到了“平稳状态”（在这种状态下，温度变化极小）。

在下一个阶段里，利用熔化结束功能激活熔化结束子程序。

这个子程序在功率曲线图中寻找一个比主参数表中规定的熔化结束时功率变化率报警值大的变化值。

该子程序也在DS-Block中间的热电偶测量温度曲线中寻找一个最小温度。

如果找到的每一个参数都令人满意，将会打开一个窗口命令操作工确熔化已经结束。

因为不再需要额外的功率增加熔化温度，所以当最后一块硅料已经熔化时，开始降低功率值。

当开始加热到硅料熔点以上的温度时，因为某些原因开始增加DS-Block温度。

熔化结束时，所有的硅料都已经达到了熔点（约1420℃），但是因为在坩埚边缘加热（不是在坩埚中央加热），所以坩埚边缘区域温度比中央温度更高，由此产生的对流使熔体出现扰动，所以你必须从视孔中查看顶部是否有浮动的熔体。

既然没有其它的搅拌方法使熔体温度更均匀，所以坩埚边缘的温度比中间温度高。

缓慢熔化比较好，但是如果限定了整个循环时间，很可能不允许缓慢熔化。

坩埚边缘和熔体底部温度比坩埚中央温度高，这样能够加快坩埚和涂层与硅料之间的化学反应速度。

低温熔化和缓慢熔化肯定是有好处的，但是每一个用户都会考虑整个循环时间对硅锭性能的影响，从而决定如何平衡两者之间的关系。

在熔化循环的最后2个或者3个阶段里，只是尽快地降低温度以便打开隔热层进入长晶循环。

长晶（Growth）

在第1个阶段里，温度稍微降低，隔热层开始打开。

在下面两个阶段里，隔热层完全打开，开始长晶，温度也下降1℃或处于保温状态。

在第二个阶段里开始形成晶核和长晶，长晶率每小时增加约2cm。

隔热层打开，从熔体底部到顶部形成一个温度梯度。

在倒数第2个阶段里（G7），完成中间长晶过程，操作中间长晶结束子程序将使长晶过程到达最后一个阶段。

在最后一个阶段里，激活边角长晶结束专用功能以探测所有硅料的凝固时间。

这个子程序利用设定功率曲线图预测生长结束的时间。

当中间长晶结束后，因为不会释放熔化的热量来增加加热器的热能，所以需要增加功率使硅锭保持同样的温度。

在边角长晶期间，功率值一直在增加，当所有硅料已经凝固时，功率保持不变。

退火（Anneal）

当最后一个硅块凝固时，从凝固硅锭的底部到顶部存在一个明显的温度梯度。

这个温度梯度在硅锭内部产生应力或者极小的应力裂纹。

在这种状态下，如果将硅锭冷却到室温，在带锯或者线锯上切割时，会看到这些裂纹。

可以增加整个硅锭的温度来消除应力，很容易地将应力传递到坩埚上，在一个临界（边缘）温度下消除应力-这个温度约为1300℃。

在退火循环的第1个阶段，关闭隔热层，使硅锭里的温度梯度最均匀，用DS-Block中间的热电偶TC2测量硅锭的实际温度。

“长晶”应力，然后将炉子转换到功率控制模式。

炉子转换到功率控制模式后，功率按一定曲线减小到第3阶段里的最后功率值，这样在冷却期间，硅锭顶部和底部温度就会更均匀。

冷却（Cool）

硅锭和内部元件在氦气中的冷却速度最快，其次是氩气，在真空中的冷却速度最慢。

使用氦气避免硅锭内部出现应力裂纹（因为冷却速度极快）时，必须注意硅锭外部比中间更冷，所以可能产生另一个有害的温度梯度。

冷却的第1个阶段里，在氩气中，设定功率降到0。

继续平缓地冷却1000℃以上的硅锭并且防止硅锭顶部比底部冷却地更快。

第2个阶段里，在真空中排出氩气-大约10-15分钟。

在第3-6个阶段里，通入氦气，压力逐渐增加到600mbar。

在第7个阶段里，隔热层运动1-1.5个小时后，运动到10-15cm处。

在第8个阶段里，隔热层继续运动1.5个小时，运动到25-38cm处。

4.2铸锭的检测

硅锭的质量检验包括外观检测和电阻率，其中外观检测涉及崩边裂纹等，电阻率测定需要测定顶面电阻和侧面电阻。

详细可参阅下面表格。

类别

检验项目

检验标准

检测工具

抽样方法

判定/处置

外观

崩边、崩块、裂纹、裂痕、锯缝、线痕

硅块头尾部25mm以内的崩边、崩块、裂纹、裂痕、锯缝、线痕

目视/游标卡尺/直尺

全检

合格

硅块头尾部25mm以外硅块中部的崩边、崩块的长度≦150mm，深度≦

打磨

硅块头尾部25mm以外硅块中部的崩边、崩块的长度〉150mm，深度＞

不合格，回炉

硅块头尾部25mm以外硅块中部的裂纹、裂痕长度≦150mm

去除缺陷部分，流入下工序

硅块头尾部25mm以外硅块中部的裂纹、裂痕长度＞150mm

硅块头尾部25mm以外硅块中部的线痕

尺寸

垂直度（菱形/S形）125/156规格

硅块的棱角度数：

90±

0.25°

万能角度尺

抽检

＞90.25°

89°

〈硅块的棱角度数＜89.75°

硅块的棱角度数＜89°

回炉

边宽125规格

125规格：

游标卡尺

硅块边宽尺寸＞

硅块边宽尺寸＜

去除缺损部分，流入下工序

边宽156规格

156规格：

电性能

导电类型

P型

P/n型测试仪

N型部分长度≦100mm

去除N型和p/n结部分，流下工序

N型部分长度＞100mm

电阻率

硅块电阻率：

电阻率测试仪

硅块电阻率＜

硅块电阻率＞

标示隔离

红外探伤

无裂纹、杂质、黑点、阴影、微晶

红外探伤测试仪

硅块头尾部的裂纹、杂质、阴影长度≦25mm

硅块头尾部25mm以内区域有黑点

25mm＜硅块头尾部的裂纹、杂质、阴影长度＜125mm

硅头尾部25mm以外硅块中部区域有黑点

硅块头尾部的裂纹、杂质、阴影长度＞125mm

硅块微晶长度≦150mm

标示清楚后，流入下工序

硅块微晶长度＞150mm

少子寿命

硅块头尾25mm以外的硅块中部区域的少子寿命最小值≧2us

少子寿命检测仪

硅块头尾25mm以外的硅块中部区域的少子寿命〈2us的长度≦100mm

硅块头尾25mm以外的硅块中部区域的少子寿命＜2us的长度＞100mm

注

所有项目

去除缺陷部分后硅块的剩余可切长度＜100mm

直尺

不去除缺陷，硅块直接回炉

实习体会

经过几天在铸锭车间的学习，我对DSS多晶炉的长晶原理、DSS多晶炉的结构及基本操作、DSS炉操作流程、DSS长晶炉常见异常处理方法以及铸锭检测有了比较深的了解。

特别是铸锭的工艺流程，其考虑的因素让我深深的感慨。

对于一个工厂来说，它的产品不仅需要考虑的是质量，而且还要考虑其的成本。

因此确定一个生产工艺流程也要考虑到这两方面。

就铸锭来说，在成本上面主要是考虑到加热的温度和运行时间，硅的熔点大概在1420℃左右。

在生产上为确保其全完熔化同时考虑到成本和设备的耐温程度，工艺上把DSS炉最高温度调为1560℃。

对于时间上，考虑到长晶的因素，一般会缩短熔化和加热时间。

对于质量上的考虑，主要是结合下游用户的反馈来定。

铸锭工艺生产出的硅锭，需要经过开方、切片等。

硅锭的切片率是衡量硅锭质量的一个因素。

在长晶阶段，长晶速越缓慢多晶硅内的晶格越密，可产生微晶强化导致硅锭硬度高，不易切割且碎片率较高。

因此对于切片来说，其需要晶格较大的多晶，从而长晶阶段要尽量慢。

但对于太阳能电池片来说，其光电转换效率最重要。

微晶或者说细晶会降低其转换效率。

所以从这方面考虑，又需要铸锭工艺生产的硅锭长晶过程要快。

两个矛盾的因素就需要在工艺制定上，找到一个有利的成本控制点。

这就需要全面的去考虑工艺的制定。

不仅仅是在铸锭上的节约成本，更重要的是满足下游客户的需求。

一个工艺的制定让我充分的理解到：

在课本上的每个理论都不能单独的割裂开来，在生产上我们需要多个理论的结合，找到合理的生产流程结合点，才能实现成本的最低化和质量的最优化。