2.生產(chǎn)單晶硅的C/C熱場(chǎng)材料
　　2.1單晶硅生長爐
　　生產(chǎn)單晶硅主要有Cz法和浮游帶區(qū)(Fz)法。圖1是Cz單晶硅爐的結(jié)構(gòu)示意圖，在氬氣保護(hù)下，將多晶硅加熱到1500℃左右，使其熔融：由爐上部旋轉(zhuǎn)垂放晶籽(種)拉線，使其與熔融硅面接觸，并使熔融硅面保溫在1400℃左右，向上提拉晶籽而單晶硅也隨之逐步生成，一直生長到設(shè)計(jì)的尺寸，如15．24、20．32、25.4和30.48cm。由圖1可知，工作室內(nèi)除了熔融硅和拉制的單晶硅外，熱場(chǎng)材料主要是高純石墨和C/C復(fù)合材料，如坩堝、發(fā)熱體、保溫筒等，以保證單晶硅制品的純度。
　　2.2 C/C坩堝
　　拉制單晶硅采用組合式坩堝，外為C/C坩堝，內(nèi)為石英坩堝。這是因?yàn)槿廴诠璧臏囟扰c石英熔點(diǎn)相近，都在1420℃左右，石英坩堝在這溫度下處于軟化狀態(tài)，沒有承重能力，外部C/C坩堝是承重的主體。但是，熔融硅不能直接與C/C坩堝接觸，以防SiC的生成，因而采用了組合式坩堝。制造高純度C/C復(fù)合材料
　　坩堝的流程很長，從原材料的選擇、準(zhǔn)備、坯體的制造、增密、純化、熱處理等等, 生產(chǎn)工藝過程長。圖2中列出了坩堝制備的一般生產(chǎn)路線。根據(jù)使用要求選擇炭纖維, 預(yù)制成2-多維炭纖維多孔坯體；對(duì)坯體進(jìn)行純化后進(jìn)行增密；純化和高溫?zé)崽幚�。材料制備過程中視情況可穿插安排多次純化和石墨化處理。根據(jù)材料性能要求, 可以只采用化學(xué)氣相沉積(CVI)增密工藝, 也可以采用CVI和浸漬復(fù)合增密工藝；例如：可以先浸漬樹脂或?yàn)r青, 達(dá)到一定的密度后, 再對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)氣相沉積或化學(xué)氣相滲透；也可以先對(duì)坯體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積至一定的密度, 再進(jìn)行浸漬增密。中間的炭化和高溫?zé)崽幚碇饕�是為打開多孔坯體表面的氣道, 使坯體增密能繼續(xù)有效進(jìn)行；純化處理則是除材料中的金屬雜質(zhì), 最終的高溫處理則主要是對(duì)材料進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整, 以保證材料的綜合使用性能。
　　單晶硅的拉制溫度為1450℃左右, 石英坩堝的熔點(diǎn)為1750℃, 但當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)即開始軟化, 主要靠外部的石墨或C/C復(fù)合材料坩堝支撐。
而且它會(huì)發(fā)生放氧反應(yīng)
　　SiO2→SiO + O
　　Si + SiO2→2SiO
　　氧原子熔入硅液中成為硅晶棒的雜質(zhì)。石墨或C/C復(fù)合材料在高溫下與石英坩堝還原出來的氧反應(yīng)
　　C + O →CO
　　石墨或C/C復(fù)合材料與一氧化硅反應(yīng)生成碳化硅顆粒
　　SiO + C→SiC + CO
　　硅與石墨加熱到1150℃就可以生成SiC。O和C反應(yīng), 生成CO或CO2, 消耗、侵蝕石墨坩堝的內(nèi)壁, 尤其是止口。坩堝的結(jié)合部位的氧化與侵蝕, 限制了C/C復(fù)合材料坩堝的使用壽命。

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作者：許鵬 戴開瑛 張治軍 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：wutongyufg

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