直拉法生产单晶硅的设备是什么

① 直拉单晶硅工艺技术

直拉法单晶硅工艺流程包括原料准备、切割硅锭、清洗切片、晶体生长、加工单晶硅棒、清洗单晶硅棒和检验单晶硅等步骤。这个工艺需要高纯度的硅锭和一系列复杂的设备和工艺。

单晶硅是由单一籽晶生长的单晶体硅材料，它具有晶格完整、缺陷和杂质很少等特点。根据单晶硅生长方式进行分类，可将其分为区熔单晶硅（FZ-Si）和直拉单晶硅（CZ-Si），其中所涉及的工艺为区熔法和直拉法。

相较于区熔法，直拉法能支持12英寸等大尺寸硅片生产，而区熔法则用于8英寸及以下尺寸硅片生产。所以，直拉法是目前较为主流长晶工艺。

直拉法主要工艺包括多晶硅原料装料、多晶硅融化、种晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾等。直拉法制备工艺是通过加热放置于坩埚内的多晶硅原料使其成为溶液。

并通过安置在炉体上方的籽晶轴，使得单晶晶种能与硅溶液进行接触。通过籽晶轴转动和上下移动，硅液会沿着籽晶表面凝结和生长，最终形成单晶锭。

单晶硅与多晶硅的区别

晶体硅根据晶体取向不同又分为单晶硅和多晶硅。单晶硅和多晶硅的区别是；当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅；如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。

多晶硅和单晶硅的差异主要在物理性质方面，例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅不如单晶硅。多晶硅可作为制作单晶硅的原料，也是太阳能电池和光伏发电的基础材料。

单晶硅可算的是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度在6个9（6N）以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到9个9（9N）。目前，人们已经制造出纯度为12个9（12N）的单晶硅。

以上内容参考：网络-单晶硅

② 单晶硅生长炉的介绍

单晶硅生长炉1是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。

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单晶硅生长炉是通过直拉法制备单晶硅的制造设备。

原理简介
首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm 左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺；这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。
直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70％～80％是用直拉法生产的。

目前国内外晶体生长设备的现状如下：

美国KAYEX公司
国外以美国KAYEX 公司为代表，生产全自动硅单晶体生长炉。KAYEX公司是目前世界上最大，最先进的硅单晶体生长炉制造商之一。KAYEX的产品早在80年代初就进入中国市场，已成为中国半导体行业使用最多的品牌。该公司生长的硅晶体生长炉从抽真空－检漏－熔料－引晶－放肩－等径－收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好，直径偏差在单晶全长内仅±1mm。主要产品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、 KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。

德国CGS GmbH公司
德国Crystal Growing Systems (CGS) GmbH公司成立于1999年8月，其前身为德国莱宝公司晶体生长部。目前其产品已经覆盖生产6”到16”单晶硅棒的设备，设备主要有EKZ2700、 EKZ 3500/200、EKZ 3000/300，EKZ 3000/400型，投料量分别为60kg、150kg、300kg，400kg。

中国西安理工大学研究所
国内以西安理工大学的晶体生长设备研究所为代表，自61年起开始生产晶体生长设备。主要产品有TDR-62B、TDR-70B、TDR-80。上虞晶盛机电工程有限公司是国内单晶硅生长炉行业的后起之秀，自主研发了真正的全自动控制系统，产品迅速占领了IC级硅材料行业和高端太阳能行业，主要产品有TDR80A-ZJS、 TDR80B-ZJS、TDR80C-ZJS、TDR85A-ZJS、TDR95A-ZJS、TDR112A-ZJS。

晶体炉特点
HD系列硅单晶炉的炉室采用3节设计。上筒和上盖可以上升并向两边转动，便于装料和维护等。炉筒升降支撑采用双立柱设计，提高稳定性。支撑柱安装在炉体支撑平台的上面，便于平台下面设备的维护。炉筒升降采用丝杠提升技术，简便干净。
全自动控制系统采用模块化设计，维护方便，可靠性高，抗干扰性好。双摄像头实时采集晶体直径信息。液面测温确保下籽晶温度和可重复性。炉内温度或加热功率控制方式可选，保证控温精度。质量流量计精确控制氩气流量。高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度。上称重传感器用于晶棒直径的辅助控制。伺服电机和步进电机的混合使用，即可满足转动所需的扭矩，又可实现转速的精确控制。质量流量计精确控制氩气流量。
自主产权的控制软件采用视窗平台，操作方便简洁直观。多种曲线和数据交叉分析工具提供了工艺实时监控的平台。完整的工艺设定界面使计算机可以自动完成几乎所有的工艺过程。
加热电源采用绿色纵向12脉冲直流电源。比传统直流电源节能近15%。
特殊的温场设计使晶体提拉速度提高20-30%。