石墨制品及制品在半导体工业、光伏产业中的应用情况

1、石墨制品及制品在半导体工业、光伏产业中的应用状况碳石墨材料 单晶硅 多晶硅 2022-10-0313:57 HYPERLINK “ :/lishaohong0823.blog.sohu /160524663.html“ :/lishaohong0823.blog.sohu /160524663.html等静压石墨的特性各向同性 粉末颗粒发生位移和变形，颗粒间的接触外表因塑性变形而增大，发生气械的咬合和交织， 使物料被压实。物料中的炭质颗粒，用显微镜观看，可以看到，他们既非圆形，也非方形。属不规章外形。即长、宽比不同。在挤压和模压的状况下，受单方向压力和模具摩擦作用， 这些炭质颗粒将作有序排列。

2、这便造成最终产品性能上的差异，如电气、机械、热性能等。“各向异性”用的场合，不需要石墨的“各向异性”，而需要它的“各向同性”。等静压成型改物料的单方向或双方向受压为多方向全方位受压，碳素颗粒始终 处于无序状态。从而使最终产品没有或很少有性能上的差异。方向上的性能比不大于111。人们称其为：“各向同性” 尚需在炭质颗粒构造和工艺上进一步调整。异方性。它的异1.0-1.11.02-1.06。此外，各向同性石墨的体积密度、机械强度等与一般石墨相比，其性能要高一个档次，如体积密度为1.70-1.90g/cm3一般石墨为1.60-1.80 g/cm3 ，35-90MPa25-45MPa等。体积密度的均一

3、性而非糊料是唯一的方法。 压制，受摩擦力炭质颗粒间和制品与模具间的影响，压力的传递将渐渐降低，从而造成体积密度的不均匀。这种差异，随制品的高度增加而加大。部件时，带来单个产品的性能差异，是格外有害的。承受等静压机成型时，产品各方位受力均匀，体积密度比较均一，且不受产品高度的限制。可以制造大规格制品75-100mm，150-200mm250mm、300mm 进展。需要石墨材料的直径也随之增 上已消灭?15002022mm 的石墨制品。而承受模压方法是无法完成的。这是由于它受到以下制约：压机吨位的限制1500mm 100MPa，则压制的使用压力将为：17，662.5t，设计的吨位将更高。虽然当今制

4、造这样高吨位的压机，并不困难，但是假设制品长度加大，则此压机将是一个庞然大物。造价亦格外可观。产品高度的限制目前承受双面压制模压产品的高度，也只能在300-400mm 之间，假设制品高度为 2，000mm，在通常状况下，上滑块与压机床面高度与制品高度比是4：1，那么压机的空间 距离将到达 8000mm。虽然对压机和模具进展构造转变，有望降低一些高度，但压机的设计与制造上将遇到很大的困难。更何况如此高的产品，其体积密度上的差异，将格外明显。甚至造成中间部位无法成型的状态。焙烧的限制统计数据说明，炭石墨制品的生产废品，70%以上是焙烧工序造成的，废品的主要形式是“浸氧”、 不仅在焙烧过程中产生，在

5、冷却过程也易于产生。由于等静压机成型的产品，如上所述，在很大程度上，抑制了体积密度的不均匀性，不 能。除上述之外，承受等静压机成型的等静压石墨，除圆形和板材之外，还可以制造异形产品。更重要的是，产品性能与产品的规格大小无关。各向同性石墨与各向异性石墨的性能比较 各向同性石墨与各向异性石墨的性能比较见表3-1 3-1 各向同性石墨与各向异性石墨的特性比较比照工程各向同性石墨各向异性石墨各向异性比1.0-1.11.1/?m1-1010-100/g/cm31.7-2.01.6-1.8/mm39.2-9829.4-58.8-圆筒形1500500-圆柱形1100500最大长度2500500毛坯外形可以制

6、造长尺寸和异形材料不能制造长尺寸和异形制品毛坯尺寸精度精度不好精度较好毛坯内离散程度体积密度的 与毛坯内部位置无关，特性离散小， 中心部位与周边部位特性有差异，R值LOT间的离散以内0.03左右0.6石墨制品及制品在半导体工业、光伏产业中的应用状况石墨材料在铸锭多晶硅制造中的应用铸锭多晶硅2022 2022 年增长了 20.8%，随着各国对可再生能源的重视，以及太阳能电池转换效率不断提高，产品本钱2022 年以来光伏市场的进展超过了工业历史上的任何一次飞跃。2022 4000MW2022 56%，20221088MW148%2022年的17%提升到 27%生产的单晶硅制造的太阳能电池片其转化效

7、率高13%-18%。 硅，生产出单晶硅棒，经切割等制成晶圆。另外一类是以多晶硅为原料，通过铸锭方法制成铸锭多晶硅块，再利用线切割机加工制成晶圆。要的根底工序。利用铸造技术制备硅多晶体，称为铸造多晶硅或铸锭多晶硅multicrystalline silicon,mc-Si。铸造多晶硅虽然含有大量的晶粒、晶界、位错和杂质，但由于省去了高费用的晶体拉制过程，所以相对本钱较低，而且能耗也较低得到了广泛应用。 其晶体生长简便，易于大尺寸生长；可直接得到方锭，与拉制单晶圆棒相比，在切割制备 显低于单晶硅，从而降低了太阳能电池的光电转换效率。场前景。早在 1975 年，德国的瓦克Wacker公司在国际上首先

8、利用浇铸法制备多晶硅材料SILSO制造太阳能电池。几乎同时，其他争辩小组也提出了不同的铸造工艺来制各多晶硅材料如美国 Solarex 公司的结晶法、美国晶体系统公司的热交换法、日本电气公司和大阪钛公司的模具释放铸锭法等。以此为开端，铸造多晶硅产品走入人们的视线。自从铸造多晶硅制造以后，技术不断改进，质量不断提高，应用也不断广泛。在材料制备方 SiN 1976 12.5%21 19.8%20.3%。而在实际生产中的铸造15%-16%左右。由于铸造多晶硅的优势，包括中国在内的世界各主要太阳能生产国都在努力进展其工业规 20 90 年月以来，国际上建的太阳能电池和材料的生产线大局部是铸造多晶目前，铸

9、造多晶硅已占太阳能电池材料的55%以上，称为最主要的太阳能电池材料。以下图。装料熔化 定向生长冷却凝固硅片清洗多线切割破锭 硅锭出炉包装出厂多晶硅片的典型生产工艺如下：装料：将清洗后的或免洗的51 料装入喷有氮化硅的涂层的石英坩埚内，整体放置在定向凝固块上，下炉罩上升与上炉罩合拢，抽真空，并通入氩气作为保护气体，炉内压力大致4104-6104Pa左右；加热：利用均布于四周的石墨加热器按设定的速率缓慢加热，去除炉内设施及硅料外表吸附的湿气等；熔化：增大加热功率，使炉内温度到达1540左右的硅料熔化温度并始终保持直至硅料完全熔化；长晶：Si 料熔化完毕后，适当减小加热功率，工作区温度降至1430左

10、右的硅的熔点0尽量保持水平方向的零温度梯度，直至晶体生长完成，该过程视装料的多少而定，约需要20-30h；退火：长晶完成后，由于坩埚中51 料的上部和下部存在较大的温差，这时的多晶硅 温在硅熔点四周一段时间以使整个晶锭的温度渐渐均匀，削减或消退热应力；冷却：退火后，加热器停顿加热，并通入大流量氩气，使炉内温度渐渐降低，气压渐渐上升，直至到达大气压及容许的出锭温度。出锭：降低下炉罩，露出固定器上的坩埚，用专用的装卸料叉车将坩埚叉出；破锭：利用剖锭机将多晶硅锭上易吸取杂质的上下外表及周边切除，按所需硅片尺寸125mm125mm156mm156mm规格切割成均匀的方形硅柱；切片：用多线切割机将方形S

11、i 220?m 左右的多晶硅片；10清洗多晶硅铸锭炉的构造组成依据多晶硅片的生产工艺可以得知其核心设备为大容量多晶硅铸锭炉定性和先进性直接关系到是否生成出合格的硅锭的光电转换效率。 安全保护系统组成。多晶硅片质量的好坏主要取决于多晶硅在多晶硅铸锭炉中的定向生长。 抽真空系统路抽气系统组成。加热系统度的准确要求。测温系统测温系统是检测炉内硅锭在长晶过程中温度的变化数据，以便使长晶状况实时分析推断系统随时调整长晶参数，使这一过程处于良好状态。保温层升降系统降系统，并配备准确的位置、速度把握系统来实现。保证硅锭晶核形成的优良性转化的高效性。压力把握系统在一压力下。它由长晶状况实时分析推断系统来把握。其他关心系统多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内后放在定向凝固块上，关闭炉 竖直的、大于0的温度梯度，进展柱状结晶生长。硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉即完成整个铸锭过程。石墨材料在多晶硅铸锭炉中的应用-高纯石墨， 以及加热器中使用的隔热材料-高纯碳毡隔热材料，是目前重要的配套材料。1加热器中使用的加热材料-高纯石墨材料 热量传递进展准确把握，易于在坩埚内部形成垂直的温度梯度。加热器的加热力量必需超过 1650，同时其材料不能与硅料反响，不对硅料造成污染，能