高效液相外延生長提純冶金硅的機理及強化機制研究

冶金法是一種新型的多晶硅制備技術(shù)，主要利用硅和雜質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的差異，采用多步驟集成的方式去除雜質(zhì)。其中定向凝固技術(shù)是去除金屬雜質(zhì)的重要手段，主要利用雜質(zhì)在固液兩相間的分凝效應(yīng)達到提純目的。但是受到固液界面雜質(zhì)分配規(guī)律及雜質(zhì)傳質(zhì)動力學(xué)的限制，一次定向凝固提純效果不夠，只能通過多次重復(fù)的方式提高多晶硅純度，并且對分凝系數(shù)接近1的B、P等雜質(zhì)無法去除。我們前期研究表明，在固態(tài)硅與含有第二組元的硅基合金熔體形成的固液界面處，雜質(zhì)的分凝系數(shù)會明顯降低，有利于提純。本項目提出采用溫度梯度區(qū)域熔煉法（TGZM）在Si-Al合金中生長初晶硅，在完成除雜的同時，整塊分離初晶硅，解決合金凝固精煉中出現(xiàn)的初晶硅回收問題。探索了塊體硅的結(jié)晶形核生長機制，明確了影響塊體硅生長形貌及生長速率的各類因素，最后分析了雜質(zhì)的分布情況及去除效率。同時研究了在Al-Si合金精煉工藝的基礎(chǔ)上引入穩(wěn)恒電流，利用電流帶來的電遷移、焦耳熱等多種效應(yīng)對硅原子的作用，改變初晶的析出行為，加強雜質(zhì)的分凝過程。為針對性去除冶金硅中的雜質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。 2100433B

冶金法是一種新型的多晶硅制備技術(shù)，主要利用硅和雜質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的差異，采用多步驟集成的方式去除雜質(zhì)。其中定向凝固技術(shù)是去除金屬雜質(zhì)的重要手段，主要利用雜質(zhì)在固液兩相間的分凝效應(yīng)達到提純目的。但是受到固液界面雜質(zhì)分配規(guī)律及雜質(zhì)傳質(zhì)動力學(xué)的限制，一次定向凝固提純效果不夠，只能通過多次重復(fù)的方式提高多晶硅純度，并且對分凝系數(shù)接近1的B、P等雜質(zhì)無法去除。我們前期研究表明，在固態(tài)硅與含有第二組元的硅基合金熔體形成的固液界面處，雜質(zhì)的分凝系數(shù)會明顯降低，有利于提純。因此本文提出液相外延生長提純冶金硅的方法。使用硅基合金熔體作為冶金硅凈化體系，通過合金介質(zhì)增加雜質(zhì)在固液兩相中的熱力學(xué)差異，降低雜質(zhì)分凝系數(shù)，優(yōu)化雜質(zhì)的分離提純過程；同時引入硅源，通過定向凝固調(diào)控晶體硅熔析生長，實現(xiàn)固液兩相分離；在此基礎(chǔ)上，引入電場強化手段，改善晶體生長可控性，強化雜質(zhì)分凝去除。為針對性去除冶金硅中的雜質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

高效液相層析高壓

液相色譜法以液體為流動相（稱為載液），液體流經(jīng)色譜柱，受到阻力較大，為了迅速地通過色譜柱，必須對載液施加高壓。一般可達150～3.5萬KPa。

高效液相層析高速

流動相在柱內(nèi)的流速較經(jīng)典色譜快得多，一般可達1～10ml/min。高效液相色譜法所需的分析時間較之經(jīng)典液相色譜法少得多，一般少于 1h 。

高效液相層析高效

近來研究出許多新型固定相，使分離效率大大提高。

高效液相層析高靈敏度

高效液相色譜已廣泛采用高靈敏度的檢測器，進一步提高了分析的靈敏度。如熒光檢測器靈敏度可達10-11g。另外，用樣量小，一般幾個微升。

高效液相層析適應(yīng)范圍寬

氣相色譜法與高效液相色譜法的比較：氣相色譜法雖具有分離能力好，靈敏度高，分析速度快，操作方便等優(yōu)點，但是受技術(shù)條件的限制，沸點太高的物質(zhì)或熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)都難于應(yīng)用氣相色譜法進行分析。而高效液相色譜法，只要求試樣能制成溶液，而不需要氣化，因此不受試樣揮發(fā)性的限制。對于高沸點、熱穩(wěn)定性差、相對分子量大（大于 400 以上）的有機物（這些物質(zhì)幾乎占有機物總數(shù)的 75% ～ 80% ）原則上都可應(yīng)用高效液相色譜法來進行分離、分析。 據(jù)統(tǒng)計，在已知化合物中，能用氣相色譜分析的約占20%，而能用液相色譜分析的約占70～80%。

高效液相色譜按其固定相的性質(zhì)可分為高效凝膠色譜、疏水性高效液相色譜、反相高效液相色譜、高效離子交換液相色譜、高效親和液相色譜以及高效聚焦液相色譜等類型。用不同類型的高效液相色譜分離或分析各種化合物的原理基本上與相對應(yīng)的普通液相層析的原理相似。其不同之處是高效液相色譜靈敏、快速、分辨率高、重復(fù)性好，且須在色譜儀中進行。

又名取向附生，它是指在一塊單晶片上再生長一層單晶薄層,這個薄層在結(jié)構(gòu)上要與原來的晶體(稱為基片)相匹配。外延可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延。像半導(dǎo)體材料的硅片再外延一層硅是屬同質(zhì)外延；如果在白寶石基片上外延硅，那就是異質(zhì)外延了。

外延生長的方法，主要有氣相外延和液相外延，也還有分子束外延等。外延生長在半導(dǎo)體材料研制方面應(yīng)用很廣，磁泡材料的發(fā)展也應(yīng)用了外延方法。

氣相外延 　材料在氣相狀況下沉積在單晶基片上，這種生長單晶薄膜的方法叫氣相外延法，氣相外延有開管和閉管兩種方式，半導(dǎo)體制備中的硅外延和砷化鎵外延，多半采用開管外延方式。

液相外延 　將用于外延的材料溶解在溶液中，使達到飽和，然后將單晶基片浸泡在這溶液中，再使溶液達到過飽和，這就導(dǎo)致材料不斷地在基片上析出結(jié)晶?？刂平Y(jié)晶層的厚度得到新的單晶薄膜。這樣的工藝過程稱為液相外延。這方法的優(yōu)點是操作簡單，生長溫度較低，速率也較快，但在生長過程中很難控制雜質(zhì)濃度的梯度等。半導(dǎo)體材料砷化鎵的外延層，磁泡材料石榴石薄膜生長，多半用這種方法。