5.2 Построение физико-химической модели

распределения примесей в кремнии

Для слитка, также выращенного методом Бриджмена из (исходная загрузка №5) металлургического более загрязнённого примесями (чем предыдущие исходные загрузки) кремния приведены в таблице содержание элементов (к какой категории относится исходная загрузка?)

И как рассчитали содержание элементов с загрузке, из лигатуры?

Элементный анализ лигатур mc-Si, выращенного из загрузок №5, проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС)

Таблица 1

Содержание элементов в исходной загрузки металлургического кремния 873-й плавки(ЗАО «Кремний», г. Шелехов) для выращивания mc-Si

Элемент	С0вес. %
B	0,0012
P	0,003
Al	0,0175
Cu	0,0008
Mg	0,0011
Ca	0,0027
Fe	0,085
V	0,006
Co	0,007
Ti	0,007
Mn	0,0035
Ni	0,0037
Сr	0,0003
Zr	0,003
Ge	0,0001
Si	99,8581

В таблице также приведены С и О.Кислород вследствие большой химической активности попадает в кремний уже в процессе роста и технологически является трудно контролируемой примесью. С также, как и О является сопутствующей примесью.

При моделирование было необходимо исходный концентрацию примесей перевести в моли. Используя систему баз данных, приведённую в справочниках JANAF и Yokokawa, в качестве возможных соединений выбиралисьSi-X, C-X, O-X(карбиды, силициды, оксиды), где Х-один из химических компонентов, представленных в табл.№1. Такой выбор обясняется тем, что в ранее полученных результатах по микрозонду включения имели в себе Si, O, C.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлен характер распределения примесей в слитках мультикристаллического кремния, показывающей, что при направленной кристаллизации имеет место как конвективный, так и диффузионный перенос вещества. Исследования распределения примесей ряда железа показывает, что уменьшение концентраций в исходном кремнии до пределов растворимости и ниже ведёт к возрастанию эффективных коэффициентов распределения примесей. С целью не допустить возрастания эффективного коэффициента распределения примеси, одновременно с повышением частоты исходного кремния необходимо снижать распределение примеси, необходимо снижать значение её конвективно-диффузионного параметра V /V за счёт воздействия на тепломассоперенос при направленной кристаллизации. ПОФ.Х.М. вывод

СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ

1. Martorano M.A., Oliveira T.S., Ferreira Neto J.B., Tsubaki T.O. Macrosegregation of impurities in directionally solidified silicon // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2011. V. 42. № 7. P. 1870-1886.

2. Nakajima K., Usami N. Crystal growth of silicon for solar cells / Springer Berlin Heidelberg. 2009. 259 p.

3.Пресняков.Р.В. Выращивание мультикристаллического кремния на основе металлургического кремния высокой чистоты: Физ.исслед..Дис.канд.ф.м.Наук: 01.04.07/ Р.В. Пресняков; Иркут.гос.инст.-Иркутск, 2013. ­­­- 139 с.

4. Грибов Б.Г., Зиновьев К.В. Получение высокочистого кремния для солнечных элементов. // Неорганические материалы. – 2003. – Т. 39. - №7. – С. 775-785.

5.IstratovA.A., BuonassisiT., PickettM.D., HeuerM., WeberE.R. Controlofmetalimpuritiesin “dirty” multicrystallinesilicon for solar cells. // Materials Science and Engineering B. – 2006. – V. 134. - № 2-3. – P. 282-286.

6.Басин А.С., Шишкин A.В. Получение кремниевых пластин для солнечной энергетики: Методы и технологии. Новосибирск, Институт теплофизики СО РАН. – 2000. - с. 87.

7.Нашельский А.Я., Пульнер Э.О. Современное состояние технологии кремния для солнечной энергетики. // Высокочистые вещества. – 1996. - № 1. – С. 102-110.

8.Bathey B.R., Cretella M.C. Review solar grade silicon. // Journal of Materials Science. – 1982. - V. 17. – № 11. - P. 3077-3096.

9. Мюллер Г. Выращивание кристаллов из расплава: Конвекция и неоднородность: Пер. с англ. - М.: Мир. - 1991. - 143 с. - ил.

10. Чернов А.А., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография. Т.3. Образование кристаллов. М.: Наука. 1980. 407 с.

11.Влияние скорости вращения тигля на рост и макроструктуру мультикристаллического кремния /А.И. Непомнящих [и др.] // Неорганические материалы. ­2014. ­Т. 50,№ 12. ­С. 1281­1286.

12. Подготовка термодинамических свойств индивидуальных веществ к физико-химическому моделированию высокотемпературных технологических процессов/ А.А. Тупицын [и др.]. Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. – 303 с

13.Современные масс-спектрометры высокого разрешения для прецизионного элементного анализа в индуктивно связанной аргоновой плазме и источнике тлеющего разряда/ С.Лапшин., О.Прошенкина/ оборудование и материалы. 2012(4) —№1 — С. 28 — 36.

14.Влияние скорости вращения тигля на рост и макроструктуру мультикристаллического кремния /А.И. Непомнящих [и др.] // Неорганические материалы. ­2014. ­Т. 50,№ 12. ­С. 1281­1286.

15.Особенности роста мультикристаллического кремния из металлургического кремния высокой чистоты/ А.И. Непомнящих [и др.] // Письма в ЖТФ. ­2011.­Т. 37,№ 15.­С. 103­108.

16.Martorano M.A., Oliveira T.S., Ferreira Neto J.B., Tsubaki T.O. Macrosegregation of impurities in directionally solidified silicon // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2011. V. 42. № 7. P. 1870-1886.

17. Пресняков Р.В., Непомнящих А.И., Бердников В.С. Влияние режима роста на макроструктуру мультикристаллического кремния. / Тезисы докладов VIII международной конференции и VII школы молодых учёных «Кремний-2011». Москва: Изд-во МИсиС. - 2011. - C. 60-61.

18.Современная кристаллография / А.А.Чернов [ и др.] // Образование кристаллов. М.: Наука.­1980.г.­Т.3.­407 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Диапазоны измерения концентрации примесей, характеристики погрешности (при доверительной вероятности Р=0,95)

Элемент	Диапазон измерения, ppmw (10-4 вес. %)	Показатель точности (границы интервала, в котором находится погрешность измерения), ±Δ
Al	От 1,0 до 10,0 вкл Св.10,0 до 100,0 вкл Св.100 до 1000 вкл Св.1000 до 7000 вкл Св.7000 до 15000 вкл	0,76Х 0,48 Х 0,30 Х 0,20 Х 0,16 Х
B	От 0,15 до 1,0 вкл Св.1,0 до 7,0 вкл Св.7,0 до 40,0 вкл Св.40,0 до 130 вкл	0,68 Х 0,44 Х 0,29 Х 0,22 Х
V	От 0,10 до 0,60 вкл Св.0,60 до 3,60 вкл Св.3,6 до 20,0 вкл Св.20,0 до 100,0 вкл Св.100 до 500 вкл	0,67 Х 0,44 Х 0,29 Х 0,20 Х 0,14 Х
Ge	От 0,002 до 0,050 вкл Св.0,05 до 0,50 вкл Св.0,50 до 5,0 вкл	0,64 Х 0,48 Х 0,32 Х
Fe	От 5,0 до 25,0 вкл Св.25,0 до 125 вкл Св.125 до 700 вкл Св.700 до 3500 вкл Св.3500 до 20000 вкл	0,76 Х 0,51 Х 0,34 Х 0,23 Х 0,15 Х
Ca	От 2,0 до 10,0 вкл Св.10,0 до 50,0 вкл Св.50,0 до 300 вкл Св.300 до 2500 вкл Св.2500 до 16000 вкл	0,67 Х 0,48 Х 0,33 Х 0,21 Х 0,14 Х
Co	От 0,010 до 0,070 вкл Св.0,070 до 0,50 вкл Св.0,50 до 3,50 вкл Св.3,5 до 25,0 вкл Св.25,0 до 200 вкл	0,61 Х 0,40 Х 0,27 Х 0,18 Х 0,12 Х
Mg	От 1,0 до 5,0 вкл Св.5,0 до 20,0 вкл Св.20,0 до 80,0 вкл Св.80,0 до 200 вкл	0,68 Х 0,51 Х 0,39 Х 0,32 Х
Mn	От 0,020 до 0,20 вкл Св.0,20 до 2,0 вкл Св.2,0 до 20,0 вкл Св.20,0 до 200,0 вкл Св.200 до 500 вкл	0,74 Х 0,48 Х 0,32 Х 0,21 Х 0,17 Х
Cu	От 0,010 до 0,20 вкл Св.0,20 до 5,0 вкл Св.5,0 до 100,0 вкл Св.100 до 1000 вкл	0,64 Х 0,41 Х 0,28 Х 0,20 Х
Ni	От 0,02 до 0,20 вкл Св.0,20 до 2,0 вкл Св.2,0 до 20,0 вкл Св.20,0 до 150,0 вкл Св.150 до 350 вкл	0,64 Х 0,42 Х 0,27 Х 0,19 Х 0,16 Х
Ti	От 1 до 4 вкл Св.4 до 15вкл Св.15 до 60 вкл Св.60 до 250 вкл Св.250 до 1000 вкл Св.1000 до 2500 вкл	0,75 Х 0,49 Х 0,32 Х 0,20 Х 0,13 Х 0,094 Х
P	От 0,50 до 3,0 вкл Св.3,0 до 15,0 вкл Св.15,0 до 60,0 вкл Св.60,0 до 200 вкл	0,72 Х 0,45 Х 0,30 Х 0,21 Х
Cr	От 0,10 до 0,40 вкл Св.0,40 до 1,50 вкл Св.1,50 до 5,0 вкл Св.5,0 до 15,0 вкл Св.15,0 до 50,0 вкл Св.50,0 до 110 вкл	0,62 Х 0,41 Х 0,29 Х 0,20 Х 0,14 Х 0,11 Х
Zr	От 0,080 до 1,00 вкл Св.1,0 до 10,0 вкл Св.10,0 до 100,0 вкл Св.100 до 500 вкл	0,69 Х 0,46 Х 0,31 Х 0,23 Х

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Распределение концентраций примесей в слитке №1 (в ppmw)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Распределение концентраций примесей в слитке №2 (в ppmw)

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

распределение концентраций примесей в слитке №3 (в ppmw)

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Распределение концентраций примесей в слитке №4 (в ppmw)

56