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商品簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
太陽電池可以實現太陽光直接轉換為電力，目前晶體硅太陽電池是光伏發電的主流產品。
本書首先介紹了晶體硅的物理特性、太陽電池基本結構和標準電池工藝；并在介紹多晶硅原料制備原理、硅源化合物材料性能和制備基礎上，著重介紹高純多晶硅和太陽級多晶硅的制備與各種提純生產工藝；最后，詳細闡述了硅的晶體生長和硅片的生產工藝。
本書可供大專院校從事光伏、半導體材料與器件、材料科學與工程等領域的師生作為教學參考書，也可供從事太陽能光伏研究、技術開發和產業生產的科技人員和工程師參考。
本書首先介紹了晶體硅的物理特性、太陽電池基本結構和標準電池工藝；并在介紹多晶硅原料制備原理、硅源化合物材料性能和制備基礎上，著重介紹高純多晶硅和太陽級多晶硅的制備與各種提純生產工藝；最后，詳細闡述了硅的晶體生長和硅片的生產工藝。
本書可供大專院校從事光伏、半導體材料與器件、材料科學與工程等領域的師生作為教學參考書，也可供從事太陽能光伏研究、技術開發和產業生產的科技人員和工程師參考。
名人/編輯推薦
《多晶硅與硅片生產技術》的作者根據多年的研究和教學及生產實踐編寫，內容包括硅材料基本特性，制備原理及生產工藝，硅片的生產工藝與技術，對從事半導體材料研究、太陽電池研究、光伏材料研究和教學的人員有較好的技術參考價值。
序
太陽電池是一種特殊的半導體器件，太陽電池可以實現太陽光直接轉換為電力，是最有發展前途的可再生能源技術之一。光伏發電將在能源構成中占有愈來愈重要的地位，光伏發電目前正處于形成期，很快進入發展期，作為電能供應，在2040年以后有可能成為主導能源。2100年后，光伏發電以及太陽能熱發電有望成為人類最主要的電能供應形式。目前，晶體硅太陽電池是太陽電池發電的主流產品，我國通過不到10年時間的快速發展，已經成為世界晶體硅電池生產量最大的國家，相信未來晶體硅電池將會有更大的發展。
多年來，中山大學太陽能系統研究所致力于太陽電池技術的研究，在研究生培養與科研工作等方面都有突出的表現。近年來結合教學與科研工作，研究所的科研人員編著了多本專著，如《太陽能光伏發電技術》、《太陽電池》、《納米材料與太陽能利用》等，得到光伏行業與教育界的認可，為光伏行業人才的培養做出了積極的貢獻。
《多晶硅與硅片生產技術》全書內容由沈輝博士策劃與組織，由工作在第一線的高校、行業界多名科研與技術人員共同編寫，其中有些內容來自梁宗存、沈輝等用于本科生和研究生教學的部分講稿內容，主要內容包括晶體硅的物理性能、硅源合成工藝、高純多晶硅和太陽級硅原料的生產工藝、硅晶體生長工藝和硅片生產技術等。全書圖文并茂，理論與實際結合，特別是針對晶體硅太陽電池技術的發展特點與需求，對多晶硅與硅片的新技術、新發展做了比較詳細、系統的介紹。國內在這方面的參考書籍，特別是適合大學教學與企業專業技術人員參考的還不多，我認為這本書能夠很好地滿足這一市場需求。
20世紀60年代，我在北京大學工作期間，有幸能夠與著名物理學家黃昆教授共事，在黃昆教授的鼓勵下，我編寫了我國第一本《半導體材料》，至今已經50多年過去了，應該說我的那本書培養了好幾代人。從中山大學退休以后，得到沈輝教授的邀請，在中山大學太陽能系統研究所作為顧問，對年輕教師與研究生們做些學術指導。本人對于太陽能的利用有很大的興趣，還考察過多晶硅企業、太陽電池企業，并遇見了在北京大學當年聽過我講《半導體材料》課程的學生，他（她）們也都已退休。在這幾十年間我國半導體工業得到飛速發展，近些年太陽電池產業也是突飛猛進。我本人感慨萬分，也非常振奮。我希望這本《多晶硅與硅片生產技術》對于我國太陽能產業發展起到積極作用。
莫黨2013年9月30日
多年來，中山大學太陽能系統研究所致力于太陽電池技術的研究，在研究生培養與科研工作等方面都有突出的表現。近年來結合教學與科研工作，研究所的科研人員編著了多本專著，如《太陽能光伏發電技術》、《太陽電池》、《納米材料與太陽能利用》等，得到光伏行業與教育界的認可，為光伏行業人才的培養做出了積極的貢獻。
《多晶硅與硅片生產技術》全書內容由沈輝博士策劃與組織，由工作在第一線的高校、行業界多名科研與技術人員共同編寫，其中有些內容來自梁宗存、沈輝等用于本科生和研究生教學的部分講稿內容，主要內容包括晶體硅的物理性能、硅源合成工藝、高純多晶硅和太陽級硅原料的生產工藝、硅晶體生長工藝和硅片生產技術等。全書圖文并茂，理論與實際結合，特別是針對晶體硅太陽電池技術的發展特點與需求，對多晶硅與硅片的新技術、新發展做了比較詳細、系統的介紹。國內在這方面的參考書籍，特別是適合大學教學與企業專業技術人員參考的還不多，我認為這本書能夠很好地滿足這一市場需求。
20世紀60年代，我在北京大學工作期間，有幸能夠與著名物理學家黃昆教授共事，在黃昆教授的鼓勵下，我編寫了我國第一本《半導體材料》，至今已經50多年過去了，應該說我的那本書培養了好幾代人。從中山大學退休以后，得到沈輝教授的邀請，在中山大學太陽能系統研究所作為顧問，對年輕教師與研究生們做些學術指導。本人對于太陽能的利用有很大的興趣，還考察過多晶硅企業、太陽電池企業，并遇見了在北京大學當年聽過我講《半導體材料》課程的學生，他（她）們也都已退休。在這幾十年間我國半導體工業得到飛速發展，近些年太陽電池產業也是突飛猛進。我本人感慨萬分，也非常振奮。我希望這本《多晶硅與硅片生產技術》對于我國太陽能產業發展起到積極作用。
莫黨2013年9月30日
目次
第1章晶體硅的物理特性
1.1晶體結構
1.2能帶和能級
1.3電學性質
1.3.1本征載流子
1.3.2施主與受主
1.3.3非平衡載流子的產生和復合
1.3.4電阻率
1.3.5遷移率
1.3.6載流子擴散
1.4光學性質
1.4.1吸收系數
1.4.2折射率和反射率
1.5力學和熱學性質
1.5.1彈性常數
1.5.2硬度
1.5.3熱膨脹系數
1.5.4熱導率
1.6p—n結
1.6.1擴散法
1.6.2離子注入
1.7晶體硅太陽電池常規結構與工藝
參考文獻
第2章硅源合成工藝
2.1各種硅源的制備技術
2.1.1硅石
2.1.2冶金級硅
2.1.3三氯氫硅（trichlorosilane：TCS）
2.1.4四氯化硅（SiCl4）
2.1.5二氯二氫硅（SiH2Cl2）
2.1.6硅烷（SiH4）
2.2物理性質
2.2.1密度（液態）
2.2.2蒸氣壓
2.2.3比熱容（液態）
2.3化學性質
2.3.1安全性
2.3.2著火和爆炸性
2.3.3對材料的腐蝕性
參考文獻
第3章電子級多晶硅的制備
3.1改良西門子法制備多晶硅
3.1.1改良西門子法熱力學
3.1.2改良西門子法動力學
3.2改良西門子法工藝
3.2.1原料系統
3.2.2反應系統
3.2.3尾氣回收
3.2.4SiCl4冷氫化
3.2.5改良西門子法發展趨勢
3.3其他氯硅烷法制備多晶硅
3.3.1SiH2Cl2制備多晶硅
3.3.2SiCl4制備多晶硅
3.4硅烷法制備多晶硅工藝
3.4.1Asimi工藝
3.4.2MEMC工藝
3.5多晶硅材料的評價
參考文獻
第4章冶金法太陽級多晶硅提純技術
4.1冶金法多晶硅的進展
4.2冶金法多晶硅的提純工藝
4.2.1金屬硅的冶煉：從礦石到單質硅
4.2.2高純金屬硅冶煉工藝
4.2.3爐外精煉
4.2.4濕法冶金
4.2.5真空熔煉與定向凝固
4.3硅料的儲運和處理
4.3.1金屬硅的儲運和處理
4.3.2爐外精煉的硅料處理
4.3.3濕法硅料的處理
4.3.4真空裝料處理
4.4冶金法多晶硅的生產設備
4.4.1金屬硅冶煉設備
4.4.2爐外精煉設備
4.4.3濕法冶煉設備
4.4.4真空熔煉與鑄錠設備
4.4.5物料處理設備
4.4.6坩堝噴涂與燒結設備
4.5冶金法多晶硅的安全生產問題
4.5.1爐外精煉的安全問題
4.5.2濕法冶金的安全生產
4.5.3真空鑄錠時的安全生產
4.6冶金法多晶硅的應用
4.6.1冶金法多晶硅的成本優勢
4.6.2冶金法多晶硅的應用情況
4.6.3冶金法多晶硅應用中存在的問題及對策
4.6.4冶金法多晶硅的質量標準
4.6.5冶金法多晶硅的應用趨勢
參考文獻
第5章其他太陽級多晶硅提純技術
5.1流化床法
5.1.1SiH4流化床法
5.1.2TCS流化床法
5.2無氯法
5.3直接冶煉法
5.3.1原材料的處理
5.3.2碳熱還原過程
5.3.3硅的提煉
5.4區域熔化提純法
5.5氣液沉積法（VLD技術）
5.6常壓碘化學氣相傳輸凈化法
5.7電化學熔鹽電解法
5.7.1熔鹽直接電解SiO2制備多晶硅
5.7.2熔鹽電解精煉冶金硅
5.8其他方法
5.9太陽級硅的存在問題和解決辦法
5.9.1存在問題
5.9.2解決辦法
參考文獻
第6章硅晶體生長工藝
6.1直拉法制備單晶硅
6.1.1直拉法制備單晶硅的原理
6.1.2直拉單晶生長系統簡介
6.1.3直拉法晶體生長工藝
6.2懸浮區熔法制備單晶硅工藝
6.2.1原理
6.2.2區熔單晶爐
6.2.3區熔工藝
6.3多晶硅制備技術
6.3.1多晶硅生長原理
6.3.2多晶硅鑄錠工藝
6.3.3多晶硅鑄錠爐
6.3.4未來的發展趨勢
6.4摻雜工藝
6.4.1直拉單晶硅的摻雜
6.4.2區熔硅單晶的摻雜
6.5帶狀多晶硅制造技術
6.5.1定邊喂膜帶硅技術
6.5.2枝蔓蹼狀（DWeb）帶硅技術
6.5.3SR帶硅技術
6.5.4RGS帶硅技術
6.5.5SSP帶硅技術
參考文獻
第7章硅片生產技術
7.1外圓加工
7.2內圓切割
7.3多線鋸切割技術
7.3.1多線鋸切割原理
7.3.2多線鋸切割的優點
7.3.3多線鋸切割走線方式
7.3.4多線鋸切割漿料
7.3.5多線鋸切割切削液
7.3.6碳化硅
7.3.7影響線切硅片的質量因素
7.3.8多線鋸切割設備的發展和組成部分
7.3.9硅片加工的發展趨勢
7.4清洗及腐蝕
7.4.1預清洗
7.4.2去除硅片表面切割損傷和制絨
7.5硅片絨面制備技術
7.5.1機械刻槽工藝
7.5.2等離子刻蝕法
7.5.3光刻技術
7.5.4電化學腐蝕法
7.5.5濕化學腐蝕法
參考文獻
附錄1物理常數
附錄2晶體硅的部分特性（300K）
附錄3符號一覽表
1.1晶體結構
1.2能帶和能級
1.3電學性質
1.3.1本征載流子
1.3.2施主與受主
1.3.3非平衡載流子的產生和復合
1.3.4電阻率
1.3.5遷移率
1.3.6載流子擴散
1.4光學性質
1.4.1吸收系數
1.4.2折射率和反射率
1.5力學和熱學性質
1.5.1彈性常數
1.5.2硬度
1.5.3熱膨脹系數
1.5.4熱導率
1.6p—n結
1.6.1擴散法
1.6.2離子注入
1.7晶體硅太陽電池常規結構與工藝
參考文獻
第2章硅源合成工藝
2.1各種硅源的制備技術
2.1.1硅石
2.1.2冶金級硅
2.1.3三氯氫硅（trichlorosilane：TCS）
2.1.4四氯化硅（SiCl4）
2.1.5二氯二氫硅（SiH2Cl2）
2.1.6硅烷（SiH4）
2.2物理性質
2.2.1密度（液態）
2.2.2蒸氣壓
2.2.3比熱容（液態）
2.3化學性質
2.3.1安全性
2.3.2著火和爆炸性
2.3.3對材料的腐蝕性
參考文獻
第3章電子級多晶硅的制備
3.1改良西門子法制備多晶硅
3.1.1改良西門子法熱力學
3.1.2改良西門子法動力學
3.2改良西門子法工藝
3.2.1原料系統
3.2.2反應系統
3.2.3尾氣回收
3.2.4SiCl4冷氫化
3.2.5改良西門子法發展趨勢
3.3其他氯硅烷法制備多晶硅
3.3.1SiH2Cl2制備多晶硅
3.3.2SiCl4制備多晶硅
3.4硅烷法制備多晶硅工藝
3.4.1Asimi工藝
3.4.2MEMC工藝
3.5多晶硅材料的評價
參考文獻
第4章冶金法太陽級多晶硅提純技術
4.1冶金法多晶硅的進展
4.2冶金法多晶硅的提純工藝
4.2.1金屬硅的冶煉：從礦石到單質硅
4.2.2高純金屬硅冶煉工藝
4.2.3爐外精煉
4.2.4濕法冶金
4.2.5真空熔煉與定向凝固
4.3硅料的儲運和處理
4.3.1金屬硅的儲運和處理
4.3.2爐外精煉的硅料處理
4.3.3濕法硅料的處理
4.3.4真空裝料處理
4.4冶金法多晶硅的生產設備
4.4.1金屬硅冶煉設備
4.4.2爐外精煉設備
4.4.3濕法冶煉設備
4.4.4真空熔煉與鑄錠設備
4.4.5物料處理設備
4.4.6坩堝噴涂與燒結設備
4.5冶金法多晶硅的安全生產問題
4.5.1爐外精煉的安全問題
4.5.2濕法冶金的安全生產
4.5.3真空鑄錠時的安全生產
4.6冶金法多晶硅的應用
4.6.1冶金法多晶硅的成本優勢
4.6.2冶金法多晶硅的應用情況
4.6.3冶金法多晶硅應用中存在的問題及對策
4.6.4冶金法多晶硅的質量標準
4.6.5冶金法多晶硅的應用趨勢
參考文獻
第5章其他太陽級多晶硅提純技術
5.1流化床法
5.1.1SiH4流化床法
5.1.2TCS流化床法
5.2無氯法
5.3直接冶煉法
5.3.1原材料的處理
5.3.2碳熱還原過程
5.3.3硅的提煉
5.4區域熔化提純法
5.5氣液沉積法（VLD技術）
5.6常壓碘化學氣相傳輸凈化法
5.7電化學熔鹽電解法
5.7.1熔鹽直接電解SiO2制備多晶硅
5.7.2熔鹽電解精煉冶金硅
5.8其他方法
5.9太陽級硅的存在問題和解決辦法
5.9.1存在問題
5.9.2解決辦法
參考文獻
第6章硅晶體生長工藝
6.1直拉法制備單晶硅
6.1.1直拉法制備單晶硅的原理
6.1.2直拉單晶生長系統簡介
6.1.3直拉法晶體生長工藝
6.2懸浮區熔法制備單晶硅工藝
6.2.1原理
6.2.2區熔單晶爐
6.2.3區熔工藝
6.3多晶硅制備技術
6.3.1多晶硅生長原理
6.3.2多晶硅鑄錠工藝
6.3.3多晶硅鑄錠爐
6.3.4未來的發展趨勢
6.4摻雜工藝
6.4.1直拉單晶硅的摻雜
6.4.2區熔硅單晶的摻雜
6.5帶狀多晶硅制造技術
6.5.1定邊喂膜帶硅技術
6.5.2枝蔓蹼狀（DWeb）帶硅技術
6.5.3SR帶硅技術
6.5.4RGS帶硅技術
6.5.5SSP帶硅技術
參考文獻
第7章硅片生產技術
7.1外圓加工
7.2內圓切割
7.3多線鋸切割技術
7.3.1多線鋸切割原理
7.3.2多線鋸切割的優點
7.3.3多線鋸切割走線方式
7.3.4多線鋸切割漿料
7.3.5多線鋸切割切削液
7.3.6碳化硅
7.3.7影響線切硅片的質量因素
7.3.8多線鋸切割設備的發展和組成部分
7.3.9硅片加工的發展趨勢
7.4清洗及腐蝕
7.4.1預清洗
7.4.2去除硅片表面切割損傷和制絨
7.5硅片絨面制備技術
7.5.1機械刻槽工藝
7.5.2等離子刻蝕法
7.5.3光刻技術
7.5.4電化學腐蝕法
7.5.5濕化學腐蝕法
參考文獻
附錄1物理常數
附錄2晶體硅的部分特性（300K）
附錄3符號一覽表
書摘/試閱
（1）真空揮發
其實，在熔化的過程中間，熔煉過程就已經開始了。在固體階段，真空脫氣一樣是有效的，尤其是對于粉料。在熔化的過程中，因為硅料是逐漸熔化的，因此，在硅料從外到里不斷熔化的過程中，新露出的表面不斷地會發生揮發作用。
當然，在硅料熔化之前，由于溫度不夠高，因此，真空熔煉的效果不一定會很好。但固體粉料的真空脫氣，因為粉料粒度較小，可能比液體還好。
在熔化后，如果是真空階段，主要發生三個作用。一個是真空脫氣。由于硅液在高溫下揮發較大，因此，這時的真空度要比冷態時要高一些。硅液中的雜質在真空下，有從硅液中逸出的特性，逸出的速度和數量取決于該雜質在某溫度下的飽和蒸氣壓。原則上，只要雜質的飽和蒸氣壓高于爐內的真空壓力，這種雜質就會從硅中逸出。但是，實際的情形還不是這么簡單。
雜質從硅液中向真空中揮發，飽和蒸氣壓大的雜質較容易揮發，這是正確的。但是，揮發速度除了受飽和蒸氣壓影響外，還受到雜質在硅液中的擴散系數的影響。這是雜質在硅中的黏滯系數所決定的。如果雜質無法運動到硅的表面，那么，飽和蒸氣壓再高，雜質也無法逸出。因此，當雜質濃度較高時，因為有比較多的雜質運動到液體表面，因而很容易從硅中揮發，但當雜質濃度較低時，雜質到表面的概率就大大減小，尤其是對于那些黏滯系數大的雜質。這時，為了增加雜質的揮發性，需要在液體中增加攪拌作用。對于硅液來說，比較好的攪拌方式，還是電磁攪拌。
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