【干貨】鑄造多晶硅錠常見異常問題淺析

本文介紹了多晶硅錠生產(chǎn)過程中遇到的各種異常情況，分析這些異常產(chǎn)生的原因，提出了一些相關(guān)的預防及改善措施。

　　1、硅液溢流

　　多晶硅鑄錠包括加熱、熔化、長晶、退火、冷卻五個工藝步驟，其中硅料在熔化過程中或熔化完以后可能會因其盛放的石英陶瓷坩堝破裂，從坩堝內(nèi)流出，常簡稱硅液溢流。高溫硅液體流到溢流絲上面，使溢流絲熔斷，觸發(fā)溢流報警，系統(tǒng)進入緊急冷卻。一般溢流發(fā)生在熔化階段及長晶階段，特別是在熔化后期及長晶初期發(fā)生的溢流最為常見。溢流以后不但意味著該爐次沒有硅錠產(chǎn)出，而且輕則損失幾公斤硅料，重則造成熱場部件的重大損失甚至安全事故，因此溢流是多晶硅鑄造最嚴重也是較為常見的生產(chǎn)異常。造成硅液溢流的可能原因大概有以下幾點。

圖1、硅液溢流造成的熱場、硅料損失慘狀

　　1）坩堝隱裂。用來盛放硅錠的坩堝為石英陶瓷材料，其制作方式有注漿成型和注凝成型兩種方式，但不論哪種方式制作的坩堝，都會存在隱裂，氣孔等缺陷，這些坩堝在出廠以前一般都會經(jīng)歷兩道以上的采用顯影液透光檢查過程，但仍可能會有漏檢的坩堝，另外坩堝在運輸過程中或搬運過程中會遇到震動或磕碰，都會導致坩堝產(chǎn)生隱裂，如果這些缺陷在裝料前沒有檢測到，很有可能在熔化過程中出現(xiàn)硅液溢流現(xiàn)象。因此，坩堝拆箱以后，在噴涂前應該嚴格檢測，使用強光燈源對坩堝五個面透光檢測是一種較為方便有效的方法。

　　2）裝料擠壓。裝料過程中，靠近坩堝邊角的位置特別是四個豎棱角位置，如果有大塊兒的硅料靠近坩堝，硅料之間特別注意需要留有一定空隙，一般以2cm以上最佳，一旦裝料過擠，可能引發(fā)溢流產(chǎn)生。這是因為，硅料熔化從中上部開始，而硅的固體密度為2.33g/cm3，液體密度為2.53 g/cm3。一旦裝料過于擁擠，液體硅流到坩堝底部以后可能會因溫度過冷而凝固，如果沒有空間供其膨脹，會對坩堝壁產(chǎn)生擠壓作用，導致坩堝破裂溢流。越是靠近邊角的位置，應力越集中，越容易因裝料不合理而溢流，溢流的部位實際上也往往出現(xiàn)在坩堝四個立棱處附近，硅錠脫模后仔細觀察溢流位置對應坩堝內(nèi)壁，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)硅料擠壓氮化硅涂層和坩堝內(nèi)壁的痕跡。

　　3）工藝參數(shù)不合理。鑄錠工藝過程中，在加熱及熔化初期，熱場內(nèi)部溫度縱向梯度相對較大，坩堝中下部溫度很長一段時間較低。而石英坩堝陶瓷材料在1300℃以上晶相轉(zhuǎn)化速率較快，過高的加熱功率或升溫速度會導致坩堝在縱向上晶相轉(zhuǎn)化速度相差較大，坩堝壁產(chǎn)生較大應力，長時間拉伸作用容易產(chǎn)生裂紋，從而引發(fā)溢流。因此，很多鑄錠工藝會在1200℃左右保溫一段時間，等待坩堝上下溫度相對均勻后再繼續(xù)升溫，過大的溫度梯度設(shè)置會極易引發(fā)溢流的產(chǎn)生。

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