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直拉法单晶硅

单晶硅的历史并不长，但是发展迅猛，其应用已经深入到人类生活的方方面面。中国多晶硅、单晶硅的发展过程中应该是有很多有趣的故事的。至少，按我的理解，这拉硅单晶的单晶炉是个关键设备，在冷战时期一定是在巴黎统筹组织对共产国家禁运设备名单里的。我们中国的第一台单晶炉是……？

有色金属研究院（有研硅股）的硅材料的专家那里可能有故事。

拉硅单晶有两种方法，一种是Czochralski（花差花差斯基）法，太难叫，太难记，大家都说直拉法，或者CZ法。另一种是区熔法（区域熔化法）。本贴先说直拉法单晶。

这是Kayax公司的CG-3000型单晶炉。用这型单晶炉，典型单晶直径是5英寸。

这是直拉法单晶硅棒生产过程。多晶硅原料加入到石英坩埚里，加入添加剂（常用的是硼、磷、砷等）。籽晶相当于单晶硅棒的种子，随着籽晶旋转长大的单晶硅棒，其晶体取向与籽晶的相同，相当于子随父姓。籽晶下面直径逐渐长大的部分，叫“头”。从籽晶拉出到晶棒预定直径形成的过程叫“甩肩”。当坩埚内熔融的硅液用到一定程度时，单晶棒开始收“尾”。“尾”比“头”的质量大得多。这里面的道理是：单晶棒拉出硅液后冷却，会在单晶内形成位错，位错向上传播一定距离。收尾比甩肩缓慢，就是为了让反向传播的位错只传播到尾巴里，而保持等直径的晶棒内是完美单晶。

这是正在炉子里拉制的硅单晶。

这是新鲜出炉的一根单晶硅棒，这么大的一根棒子，挂在那么细的籽晶下面！

这是拉成的单晶硅棒，头尾可以区分出来吧？它是不是真正的单晶呢？判断方法很简单，请注意硅棒侧面的棱线，有棱线就是单晶，没有就是多晶。不同的晶体取向，相对应棱线的条数不一样。

这些单晶硅片应该是抛光片。在太阳能行业，一般就是把硅棒滚圆，切方，切片，然后送去做太阳能电池。半导体行业用的硅片要切片、磨片、抛光或者外延。比较复杂，一条8英寸抛光片的生产线，应该比一架波音777飞机要贵。太阳能行业用的单晶硅片最大8英寸，半导体行业用的硅片最大的12英寸。

国内生产单晶硅的公司很多了，生产单晶炉的厂家主要是西安理工大学校办工厂和北京的京运通公司。我倒是有国内单晶炉的照片，但旁边站的人没法处理，不能贴上来。有兴趣的就问一下Mr.狗狗吧！

下个铁牛是区熔法单晶硅。

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