晶體，做為一種新材料是如何做出來(lái)的呢？那就需要用到晶體生長(zhǎng)爐。
晶體生長(zhǎng)爐工作原理：
首先，把高純度的多晶硅原料放入高純石英坩堝，通過(guò)石墨加熱器產(chǎn)生的高溫將其熔化；然后，對(duì)熔化的硅液稍做降溫，使之產(chǎn)生一定的過(guò)冷度，再用一根固定在籽晶軸上的硅單晶體（稱作籽晶）插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便會(huì)在籽晶下端生長(zhǎng)；接著，控制籽晶生長(zhǎng)出一段長(zhǎng)為100mm左右、直徑為3～5mm的細(xì)頸，用于消除高溫溶液對(duì)籽晶的強(qiáng)烈熱沖擊而產(chǎn)生的原子排列的位錯(cuò)，這個(gè)過(guò)程就是引晶；隨后，放大晶體直徑到工藝要求的大小，一般為75～300mm，這個(gè)過(guò)程稱為放肩；接著，突然提高拉速進(jìn)行轉(zhuǎn)肩操作，使肩部近似直角；然后，進(jìn)入等徑工藝，通過(guò)控制熱場(chǎng)溫度和晶體提升速度，生長(zhǎng)出一定直徑規(guī)格大小的單晶柱體；最后，待大部分硅溶液都已經(jīng)完成結(jié)晶時(shí)，再將晶體逐漸縮小而形成一個(gè)尾形錐體，稱為收尾工藝。這樣一個(gè)單晶拉制過(guò)程就基本完成，進(jìn)行一定的保溫冷卻后就可以取出。
直拉法，也叫切克勞斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克勞斯基建立的一種晶體生長(zhǎng)方法，用直拉法生長(zhǎng)單晶的設(shè)備和工藝比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率高，易于制備大直徑單晶，容易控制單晶中雜質(zhì)濃度，可以制備低電阻率單晶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上硅單晶的產(chǎn)量中70%～80%是用直拉法生產(chǎn)的。
單晶爐產(chǎn)品特點(diǎn)
單晶爐的爐室采用3節(jié)設(shè)計(jì)。上筒和上蓋可以上升并向兩邊轉(zhuǎn)動(dòng)，便于裝料和維護(hù)等。爐筒升降支撐采用雙立柱設(shè)計(jì)，提高穩(wěn)定性。支撐柱安裝在爐體支撐平臺(tái)的上面，便于平臺(tái)下面設(shè)備的維護(hù)。爐筒升降采用絲杠提升技術(shù)，簡(jiǎn)便干凈。
全自動(dòng)控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，可靠性高，抗干擾性好。雙攝像頭實(shí)時(shí)采集晶體直徑信息。液面測(cè)溫確保下籽晶溫度和可重復(fù)性。爐內(nèi)溫度或加熱功率控制方式可選，保證控溫精度。質(zhì)量流量計(jì)精確控制氬氣流量。高精度真空計(jì)結(jié)合電動(dòng)蝶閥實(shí)時(shí)控制爐內(nèi)真空度。上稱重傳感器用于晶棒直徑的輔助控制。伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的混合使用，即可滿足轉(zhuǎn)動(dòng)所需的扭矩，又可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確控制。質(zhì)量流量計(jì)精確控制氬氣流量。
自主產(chǎn)權(quán)的控制軟件采用視窗平臺(tái)，操作方便簡(jiǎn)潔直觀。多種曲線和數(shù)據(jù)交叉分析工具提供了工藝實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)。完整的工藝設(shè)定界面使計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)完成幾乎所有的工藝過(guò)程。
加熱電源采用綠色縱向12脈沖直流電源。比傳統(tǒng)直流電源節(jié)能近15%。
特殊的溫場(chǎng)設(shè)計(jì)使晶體提拉速度提高20-30%。
設(shè)計(jì)與仿真
在直拉法生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中，硅單晶生長(zhǎng)的成功與否以及質(zhì)量的高低是由熱場(chǎng)的溫度分布決定的。溫度分布合適的熱場(chǎng)，不僅硅單晶生長(zhǎng)順利,而且品質(zhì)較高；如果熱場(chǎng)的溫度分布不是很合理，生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中容易產(chǎn)生各種缺陷，影響質(zhì)量，情況嚴(yán)重的出現(xiàn)變晶現(xiàn)象生長(zhǎng)不出來(lái)單晶。因此在投資硅單晶生長(zhǎng)企業(yè)的前期，一定要根據(jù)生長(zhǎng)設(shè)備，配置出最合理的熱場(chǎng),從而保證生產(chǎn)出來(lái)的硅單晶的品質(zhì)。在直拉硅單晶生長(zhǎng)工藝中,一般采用溫度梯度來(lái)描述熱場(chǎng)的溫度分布情況，其中在固液界面處的溫度梯度最為關(guān)鍵。
數(shù)值模擬是在一個(gè)低成本的情況下,利用電腦計(jì)算提供的詳盡資料，用以支持真正的（且昂貴）實(shí)驗(yàn)。由于數(shù)值模擬提供了一個(gè)近似真實(shí)的過(guò)程，利用這一技術(shù)可以很容易的對(duì)任何類型的變化（幾何尺寸、保溫材料、加熱器、外圍環(huán)境等）對(duì)晶體質(zhì)量的影響做出容易的判斷。數(shù)值仿真是用來(lái)獲得廉價(jià)的，完整的和全面細(xì)節(jié)的結(jié)晶過(guò)程，以此方法用來(lái)預(yù)測(cè)晶體生長(zhǎng),改善晶體生長(zhǎng)技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于無(wú)經(jīng)驗(yàn)人員，可以形象化展示熔體流動(dòng)的歷史點(diǎn)缺陷和熱應(yīng)力細(xì)節(jié)。所以數(shù)值仿真是一種達(dá)到較高生產(chǎn)率和較好滿足市場(chǎng)對(duì)晶體直徑，質(zhì)量要求的最好辦法。
面向過(guò)程的仿真軟件FEMAG為用戶提供了可以深入研究的數(shù)值工具,用戶通過(guò)有效的計(jì)算機(jī)模擬可以設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作流程。通過(guò)對(duì)單晶爐熱場(chǎng)的仿真計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)單晶爐的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在拉晶過(guò)程中以仿真結(jié)果設(shè)定合理的理論拉晶曲線，就可以在實(shí)際生產(chǎn)中是完全可以生長(zhǎng)出合格的單晶硅棒。