溫度控制在西門子硅工藝中的關(guān)鍵作用

純多晶硅是制造集成電路和太陽(yáng)能電池常用的材料。多晶硅的生產(chǎn)基于化學(xué)氣相沉積工藝，即所謂的西門子工藝。盡管這種工藝相對(duì)昂貴且速度較慢，但由于它能夠生產(chǎn)高純度的多晶硅，因此仍然是全球生產(chǎn)高質(zhì)量多晶硅的主要方法，全球約 75% 的多晶硅生產(chǎn)依賴于這種技術(shù)。主要由中國(guó)的低成本工廠推動(dòng)的成本下降使這一工藝在經(jīng)濟(jì)上更加可行。

西門子工藝以冶金級(jí)硅為原料，其中含有約 0.5% 至 1.5% 的雜質(zhì)。為了提純這種硅，需要將其研磨成小顆粒，并與氯化氫反應(yīng)生成三氯硅烷（TCS），這是一種高揮發(fā)性液體。三氯硅烷的沸點(diǎn)較低，僅為 31.8 °C，因此需要通過(guò)蒸餾進(jìn)行提純。凈化后的三氯硅烷在下一步被引入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器。反應(yīng)器中的薄硅絲通過(guò)電加熱升溫至 1150 ℃。三氯氫硅分解后，硅沉積在這些細(xì)絲上，形成直徑為 150 毫米到 200 毫米的多晶硅棒。這一步驟需要大量能源，對(duì)達(dá)到必要的純度至關(guān)重要。

在整個(gè)西門子工藝過(guò)程中，溫度控制至關(guān)重要，尤其是在 CVD 階段。硅棒在生長(zhǎng)過(guò)程中必須保持穩(wěn)定的溫度，這就要求對(duì)功率進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，以避免過(guò)熱和硅棒的潛在熔化。溫度的一致性可確保硅從 TCS 均勻地沉積到硅絲上，防止多晶硅結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷。此外，還必須避免過(guò)熱，因?yàn)檫^(guò)熱會(huì)導(dǎo)致硅棒熔化，從而破壞整個(gè)工藝流程。

由于晶體生長(zhǎng)過(guò)程的性質(zhì)，使用傳統(tǒng)的接觸式溫度傳感器無(wú)法監(jiān)測(cè)硅棒的溫度。紅外溫度監(jiān)控是控制這一耗時(shí)、耗能和昂貴工藝的選擇。

在西門子工藝中使用紅外測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)可靠的硅溫度讀數(shù)

硅的發(fā)射率隨溫度、波長(zhǎng)和表面特性的變化而變化，從而在不同光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為。為了可靠地測(cè)量硅的溫度，建議使用 1 µm 左右的短紅外波長(zhǎng)，因?yàn)樵谶@種波長(zhǎng)下，盡管溫度發(fā)生變化，硅的發(fā)射率仍然保持穩(wěn)定。雙色測(cè)溫儀具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈儾恍枰畛湔麄€(gè)視場(chǎng)來(lái)測(cè)量棒溫。當(dāng)存在氫氣時(shí)，雙色測(cè)溫儀可與防爆外殼一起使用。

光纖 CTratio 雙色測(cè)溫儀可有效測(cè)量基底或沉積多晶硅薄膜的溫度。這些兩件式測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)緊湊，配備有柔性光纖，可安裝在狹窄或難以觸及的區(qū)域。其設(shè)計(jì)可承受惡劣的工作條件，包括高溫、振動(dòng)和化學(xué)接觸。比色技術(shù)通過(guò)比較兩種不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度來(lái)提供精確的溫度測(cè)量，從而減少因發(fā)射率變化、光學(xué)干擾或光路阻尼等因素造成的誤差。

不過(guò)，有些設(shè)備還是傾向于使用單色測(cè)溫儀，因?yàn)閱紊珳y(cè)溫儀只測(cè)量單一波長(zhǎng)，可能會(huì)受到發(fā)射率變化的影響。他們追求的是西門子過(guò)程的可重復(fù)性，而不是精確的溫度。然而，在雙色裝置中，智能比率模式可以讓測(cè)溫儀了解發(fā)射率或比率的變化，即使兩個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)射率變化不一致，也能確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

耐用、經(jīng)濟(jì)、可靠的多晶硅生長(zhǎng)過(guò)程紅外溫度測(cè)量解決方案

帶有無(wú)源傳感頭的光纖 CTratio 非常適合安裝在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中。這項(xiàng)技術(shù)使電子元件遠(yuǎn)離反應(yīng)器的有害工作條件，確保了耐用性和使用壽命。非接觸式測(cè)量系統(tǒng)可防止干擾工藝流程，消除污染風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到溫度和潛在的危險(xiǎn)環(huán)境，光纖技術(shù)對(duì)于保持溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和安全性至關(guān)重要。

Optris 測(cè)溫儀不僅可靠，而且成本效益。它能提供準(zhǔn)確、一致的溫度數(shù)據(jù)，而價(jià)格僅為同類產(chǎn)品的一半，因此在不影響傳感器性能的前提下是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。紅外傳感器的交付周期大大縮短，因此可以更快地實(shí)施和迭代開(kāi)發(fā)。此外，Optris 持續(xù)的技術(shù)支持可確保問(wèn)題得到及時(shí)解決，使客戶能夠依靠其專業(yè)知識(shí)持續(xù)優(yōu)化流程。這種全面的方法不僅能確保立即取得成功，還能促進(jìn)長(zhǎng)期合作關(guān)系。