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1、概述
多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，其純度要比單晶硅低，它可作拉制單晶硅的原料。多晶硅由多晶硅鑄錠爐生產(chǎn)出來。多晶硅的生產(chǎn)是把高純多晶硅料裝入到鑄錠爐中，抽真空后，將硅料熔化成液態(tài)，通過鑄錠爐的自動化的操作，使硅料形成一個豎直溫度梯度。液態(tài)硅自下向上緩慢地重新結(jié)晶，生成一塊大晶粒的多單晶體的鑄錠硅來。硅錠經(jīng)過退火、冷卻后出爐完成整個鑄錠過程。
目前國際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產(chǎn)的多晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的80％。生產(chǎn)工藝以改良西門子法為例：
將裝有涂層的陶瓷坩堝放置在熱交換臺（冷卻板）上，放入適量的硅原料，然后安裝加熱設(shè)備、隔熱設(shè)備和爐罩，將爐內(nèi)抽真空，使爐內(nèi)壓力降至（0.05-0.1）mbar并保持真空。通入氬氣作為保護氣，使爐內(nèi)壓力基本維持在（400～600）mbar左右。
（2）加熱
利用石墨加熱器給爐體加熱，首先使石墨部件（包括加熱器、坩堝板、熱交換臺等）、隔熱層、硅原料等表面吸附的濕氣蒸發(fā)，然后緩慢加溫，使陶瓷坩堝的溫度達到1200℃～1300℃左右，該過程約需要4h～5h。
（3）化料
通入氬氣作為保護氣，使爐內(nèi)壓力基本維持在（400～600）mbar左右。逐漸增加加熱功率，使陶瓷坩堝內(nèi)的溫度達到1500℃左右，硅原料開始熔化。熔化過程中一直保持1500℃左右，直至化料結(jié)束。該過程約需要9～11h。
（4）晶體生長
硅原料熔化結(jié)束后，降低加熱功率，使陶瓷坩堝的溫度降至1420℃～1440℃硅熔點左右。陶瓷坩堝逐漸向下移動，或者隔熱裝置逐漸上升，使得坩堝慢慢脫離加熱區(qū)，與周圍形成熱交換；同時，冷卻板通水，使熔體的溫度自底部開始降低，晶體硅首先在底部形成，并呈柱狀向上生長，生長過程中固液界面始終保持與水面平行，直至晶體生長完成，該過程約需要20h～22h。
（5）退火
晶體生長完成后，由于晶體底部和上部存在較大的溫度梯度，因此，晶錠中可能存在熱應(yīng)力，在硅片加工和電池制備過程中容易造成硅片碎裂。所以，晶體生長完成后，晶錠保持在熔點附近2h～4h，使晶錠溫度均勻，以減少熱應(yīng)力。
（6）冷卻
晶錠在爐內(nèi)退火后，關(guān)閉加熱功率，提升隔熱裝置或者完全下降晶錠，爐內(nèi)通入大流量氬氣。使晶體溫度逐漸降低至室溫附近；同時，爐內(nèi)氣壓逐漸上升，直至達到大氣壓，最后去除晶錠，該過程約需要10h。
對于重量為250～300kg的鑄造多晶硅而言，一般晶體生長的速度約為（0.1～0.2）mm/min,其晶體生長的時間約35～45h。
2、多晶硅紅外溫度測量
硅材料是比較難測的物體，硅輻射的溫度與發(fā)射率的對應(yīng)關(guān)系如上圖。硅的發(fā)射率在某個特定區(qū)域內(nèi)是不變的。需要紅外測溫儀采用特殊的窄帶濾色片來減小發(fā)射率變化的影響。
（1）多晶硅液面溫度測量
采用短波長雙色測溫儀來測量多晶硅液面的溫度。推薦產(chǎn)品：DCTQ1-7XXX（鏈接DCTQ系列雙色紅外測溫儀），溫度分辨率為0.1℃，溫度場內(nèi)的微小變化都能快速響應(yīng)，并具有極高的溫度穩(wěn)定性。
采用比色測溫的方法，可以避免硅料直徑變化的影響。視窗的污染，也不會影響測溫的準確性。并有臟鏡頭檢測功能，鏡頭太臟時會提前發(fā)出信號，保證系統(tǒng)可靠工作。
石墨坩堝光纖式紅外測溫儀產(chǎn)品特點如下：
測溫精度可達0.5%,重復(fù)精度為2℃，溫度分辨率達0.1℃（16bit）
響應(yīng)時間10ms～99.99s可調(diào)
采用可調(diào)焦鏡頭，測量距離0.35m至無窮遠
對探測器采用PID恒溫控制，消除環(huán)境溫度對測量的影響
可視目鏡，清晰顯示被測目標的位置及大小
兼具雙色和單色測溫功能
雙色模式下，有鏡頭臟檢測功能
采用工業(yè)級OLED屏為顯示界面，人機界面友好
軟硬件等抗干擾設(shè)計提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，可抗2500VDC脈沖群干擾
使用場合有防爆要求時，在測量液面的區(qū)域，推薦使用光纖式雙色紅外測溫儀。推薦產(chǎn)品：SN-7018（鏈接SN系列光纖式雙色測溫儀）。采用可調(diào)焦鏡頭和紅色激光光源瞄準，溫度分辨率為0.1℃，具有極高的溫度穩(wěn)定性。采用比色測溫的方法，可以避免硅料直徑變化的影響。視窗的污染，也不會影響測溫的準確性。并有臟鏡頭檢測功能，鏡頭太臟時會提前發(fā)出信號，保證系統(tǒng)可靠工作。
（2）石墨坩堝溫度的檢測
采用短波長單色測溫儀來測量石墨坩堝的溫度。推薦產(chǎn)品：DCTQ1-XX（鏈接DCTQ系列單色紅外測溫儀）或者經(jīng)濟款產(chǎn)品DCTQ（鏈接SN系列單色紅外測溫儀）。
兩款產(chǎn)品采用1：1綠色光源對準目標，并采用可調(diào)焦鏡頭（不受安裝距離遠近的限制），溫度分辨率為0.1℃，具有極高的溫度穩(wěn)定性。
在使用場合有防爆要求時，在石墨坩堝的區(qū)域推薦使用光纖式單色紅外測溫儀。推薦產(chǎn)品：DCTQ1-XX光纖式單色測溫儀）。采用可調(diào)焦鏡頭和紅色激光光源瞄準，溫度分辨率為0.1℃，具有極高的溫度穩(wěn)定性。
